Преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для изме- рения неэлектрических величин резистивным чувствительным элементом при питании от источника с нестабильным напряжением.

Известен измерительный преобразователь неэлектрических величин с токовым выходом, содержащий два активных сопротивления в качестве чувствительного элемента и два транзистора p-n-р и п-р-п-типа, коллектор каждого из которых соединен с базой другого, их эмиттеры соединены через резистор обратной связи, а в коллекторную цепь каждого транзистора включен стабилитрон.

Недостатками известного преобразователя являются невысокая точность преобра- зования при колебании питающего напряжения и температуры окружающей среды и недостаточная чувствительность, определяемая коэффициентом усиления транзисторов.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь неэлектрических величин с токовым выходом, содержащий в качестве чувствительного элемента два активных сопротивления и выполненный в виде двух транзисторов p-n-р и п-р-п-типов проводимости таким образом, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, их эмиттеры соединены через резистор обратной связи, а в коллекторную цепь каждого транзистора включен дополнительный транзистор той же проводимости, причем активные сопротивления включены между базами основных и соответствующих дополнительных транзисторов.

Недостатками известного преобразова- нителя являются невысокая точность преобразования при колебании питающего напряжения и температуры окружающей среды, а также строго фиксированная чувствительность преобразователя, обусловленная коэффициентом усиления составных транзисторов.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности преобразования неэлектрических величин в электрический сигнал (постоянный ток) при колебании питающего.напряжения и температуры окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал, содержащий источник питания, стабилизатор тока, подключенный первым выводом к положительной шине источника питания, и чувствительный элемент, дополнительно введены два составныхтранзистора, выполненных на транзисторах n-p-п типа, резистор и цепочка из двух последовательно со- единенных диодов, катод которой подключен через чувствительный элемент к

отрицательной шине источника питания, а анод соединен со вторым выводом стабилизатора тока и базой первого составного транзистора, подключенного через резистор к отрицательной шине источника питания, подключенного положительной шиной к коллектору второго составного транзистора, соединенного базой с третьим выводом стабилизатора тока, а эмиттером подключенного к коллектору первого составного

транзистора.

На чертеже приведена схема преобразователя.

Устройство содержит стабилизатор 1 тока, соединенный первым выводом с первым выходом преобразователя и собранный, например, на основных транзисторах p-n-р типа 3 и n-p-п типа 4, база каждого из которых соединена с коллектором другого, а эмиттер - с коллектором дополнительных

транзисторов соответственно p-n-р и п-р-п типа 5 и 6. Между базами основных и дополнительных транзисторов одного типа включены стабилизаторы 7 и 8 соответственно а между базами дополнительных транзисторов 5 и 6 и первым и вторым выводами стабилизатора 2 тока - дополнительные стабилитроны 9 и 10. Эмиттеры дополнительных транзисторов 5 и 6 подключены к первому и второму выводам стабилитрона 2

тока через резисторы 11 и 12 соответственно, а коллектор дополнительного транзистора 6 соединен с третьим выводом, стабилизатора 2 тока.

Второй вывод стабилизатора 2 тока через цепочку из двух последовательно включенных диодов 13 и 14 и чувствительный элемент 15 соединен с вторым выходом 16 преобразователя. К нему через резистор 17 подключен эмиттер первого составного

транзистора 18, собранного, например, на двух транзисторах n-p-п типа 19 и 20. База первого составного транзистора 18 соединена с вторым выводом стабилизатора 2 тока, а коллектор - с эмиттером второго

составного транзистора 21, собранного, например, на двух n-p-п транзисторах 22 и 23. База второго составного транзистора 21 подключена к третьему вы воду стабилизатора 2 тока, а коллектор - к первому выходу

преобразователя.

Первый выход преобразователя соединен с положительной шиной источника питания, а второй выход 16 через регистрирующий прибор 24(например, миллиамперметр) подключен к отрицательной шине источника питания.

Преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал работает следующим образом.

При включении питания на стабилизатор 2 тока поступает напряжение через чувствительный элемент 15 и диоды 13 и 14. Стабилизированный ток стабилизатора 2 создает на диодах 13 и, 14 и резистивного чувствительного элемента 15 падение напряжения, которое обеспечивает открывание транзисторов 19 и 20 составного -транзистора 18. При малых значениях сопротивления чувствительного элемента 15 открывание транзисторов обеспечивается падением напряжения на диодах 13 и 14.

Стабилитроны 7 и 9 стабилизатора 2 тока создают на базе составного транзистора 21 смещение, что обеспечивает открывание транзисторов 22 и 23 составного транзистора 21.

Составной транзистор имеет высокий коэффициент усиления по току, который в /3 раз (/3 - коэффициент усиления по -току отдельного транзистора) больше коэффициента усиления отдельного транзистора, или

ток базы составного транзистора в j раза меньше регулируемого тока. Поэтому ток базы составного транзистора 21 не влияет на работу стабилизатора 2 тока, а ток базы составного транзистора 18 составляет тысячные доли регулируемого тока и ток в це- пи чувствительного элемента 15 практически равен току стабилизатора 2 тока.

На выходе преобразователя протекает ток, равный сумме токов в цепи чувствительного элемента 15 и эмиттерного тока составного транзистора 18 в цепи резистора 17. При изменении измеряемого параметра и соответственном изменении сопротивления чувствительного элемента 15 изменяется и напряжение, падающего на него, причем увеличение сопротивления чувствительного элемента 15 вызывает пропорцио- нальное увеличение напряжения, и наоборот.

Стабилизатор тока обладает высокой стабильностью в широком диапазоне изменения напряжения питания и поэтому величина стабилизированного тока не меняется.

Рабочая точка составного транзистора 18 смещается и ток в цепи резистора 17 тоже меняется (соотвественно увеличивается или уменьшается). Поэтому изменение выходного тока пропорционально изменению сопротивления чувствительного элемента 15. Величина выходного тока пропорциональна величине стабилизированного тока стабилизатора 2 и обратно пропорциональна сопротивлению резистора 17.

Составной транзистор 21 выполняет

роль переменного резистора. Нелинейные сопротивления эмиттер-коллектор составных транзисторов в режиме неизменного напряжения на базе характеризуются весь0 ма высокой величиной дифференциального сопротивления. Составной транзистор 21 принимает на себя изменения питающего напряжения и обеспечивает высокую стабильность преобразования при колебании

5 напряжения питания.

Материал изготовления диодов 13 и 14 такой же, как и материал изготовления транзисторов 19 и 20 составного транзистора 18. Высокая температурная стабильность пре0 образования при изменении температуры окружающей среды обеспечивается компенсацией изменения падения напряжения на базо-эмиттерных переходах транзисторов 19 и 20 изменением падения напряже5 ния на диодах 13 и 14.

Таким образом, введение составных транзисторов и диодной цепочки обеспечивает стабильность преобразования при колебании напряжения питания и

0 температуры окружающей среды в несколько раз выше, чем у известного решения , что обуславливает повышения точности и чувствительности преобразования.

Преобразователь имеет линейную вы5 ходную характеристику в широком диапазо- не изменения сопротивления чувствительного элемента. Чувствительность преобразования легко регулируется изменением величины сопротивления 17 и

0 тока стабилизатора 2 тока.

Высокое выходное сопротивление преобразователя позволяет передавать сигналы измерения на большие расстояния по кабельным линиям связи.

5

Формула изобретения Преобразователь неэлектрических величин в электрический сигнал, содержащий источник питания, стабилизатор тока, под0 ключенный первым выводом к положительной шине источника питания, и чувствительный элемент, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности преобразования, в него

5 введены два составных транзистора, выполненных на транзисторах n-p-n-типа, резистор и цепочка из двух последовательно соединенных диодов, катод которой подключен через чувствительный элемент к отрицательной шине источника питания, а

анод соединен с вторым выводом стабилизатора тока и базой первого составного транзистора, подключенного эммиттером через резистор к отрицательной шине источника питания, подключенного положительной шиной к коллектору второго составного транзистора, соединенного базой с третьим в.ыводом стабилизатора тока, а эмиттером подключенного к коллектору первого составного транзистора.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность и чувствительность преобразования неэлектрических величин в электрический сигнал. В установившемся режиме на выходе преобразователя протекает ток, равный сумме токов в цепи резистивного элемента 15 и эмиттерного тока составного транзистора 18 в цепи резистора 17. При изменении измеряемого параметра и соответственно из; менении величины сопротивления резистивного чувствительного элемента 15 изменяется напряжение эмиттер-база составного транзистора, по величине которого судят об измеряемом параметре. 1 ил.