УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Советский патент 1973 года по МПК G01K7/22 

1

Изобретение относится к области тепло-вУх измерений « может найти применение в полупроводниковой радиотехнической и других областях промышленности, где требуется использование датчиков температуры.

Известны устройства -для измерения температуры, содержащие р-п-р (или п-р-п)-структуру в качестве термочувствительного элемента, источники питания, резисторы, выключатель и регистрирующий прибор. Иедостатками подобных устройств являются недостаточно высокая чувствительность, точность и отсутствие взаимозаменяемости.

Цель изобретения-увеличение чувствительности, точности, упрощение устройства и Обеспечение взаимозаменяемости.

Предлагаемое устройство для измерения температуры состоит из термочувствительного элемента, выполненного в виде многоэмиттерной транзисторной структуры с отдельным внещним выводом от каждого эмиттера, включенного в электрическую цепь двух источников питания таким образом, что к одному источнику через Переменный резистор подключен в прямом направлении переход коллектор-база, все эмиттерные переходы в прямом направлении - через регистрирующий ирибор, а каждый из них через переменный резистор и переключатель подключены к ммпусовой клемме второго источника.

Описываемое устройство снабжено дополнительной многоэмиттерной структурой, включенной параллельно первой, причем источники питания своими плюсовыми клеммами подключены к общей точке без 0|беи1Х миогоэмиттерных структур, а минусовая клемма одного источника через резисторы соединена с коллекторами, а другого - с соединенными через регистрирующий прибор эмиттерами обеих структур.

Иа фиг. 1 .представлена схема устройства; на фиг. 2 - одна ячейка; на фиг. 3 - параллельное включение двух ячеек.

Устройство состоит из многоэмиттерной р-п-р (или п-р-п)-структуры / в твердотельном исполнении, источников питания 2, 3, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, 6, 7, ..., п и переключателя 8 то-ка эмиттера, образующих отдельные ячейки.

Каладая ячейка представляет собой р-п-р (или п-р-п)-структуру (в частном случае это может быть усилительный элемент - тран-. зистор), области р (или п) которой соединены через переменные резисторы с плюсом (или минусом) двух источников питания, причем минус (или плюс) одного источника подсоединен непосредственно, а другого - через измеритель тока к общей п (или р)-области струкTj-pbi. Такое соединение дает возможность установить любой наперед заданный начальный

уровень отсчета температуры и обеспечить постоянство температ}рного коэффициента тока в пределах от 1 до 20 мка/°С. Поскольку условия работы каждой ячейки в устройстве одинаковы, анализ его работы рассмотрим на примере одной ячейки.

Схема одной ячейки (п-р-п) представлена на фиг. 2 и состоит из п-р-п-структуры в твердотельном исполнении 1, источников питания 2, 3, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, 6.

Ячейка работает следующ им образом. С помощью переменного резистора 5 устанавливается постоянный ток через р-п-переход ячейки (в устройстве этот переход является коллекторным), величина которого ограничена разогревом термочувствительного элемента, снижением термочувствительности и диапазона измеряемых температур и обычно находится в пределах 0,5-10 ма. Затем изменением напряжения источника питания 3 устанавливают нулевое показание регистрирующего прибора , а с помощью перемепного резистора 6 устанавлиЬается необходимый температурный коэффициент тОка в цепи источника питания 3 (в устройстве - это цепь эмиттеров).

Таким образом, для всех р-п-р (или п-р-п)ячеек показанного на фиг. 1 устройства можно установить одинаковый температурный коэффициент тока в цепи эмиттера и начальную точку отсчета температуры. В таком состоянии устройство может быть использовано для измерения температуры среды или поверхности тела, при этом отсчет температуры производится непосредственно по показанию регистрирующего прибора 4. Использование транзисторной структуры с особым включением, при котором коллекторный и эмиттерные :р-п-переходы смещены в прямом направлении, позволяет значительно снизить роль поверхности на вольтамперную характеристику и существенно повысить стабильность термочувствительности датчика, поскольку при таком включении величина эмиттерного тока изменяется с температурой только вследствие изменения Контактной разности потенциалов р-п-перехода эмиттер-база. Кроме того, такие параметры транзисторов, как напряжение пробоя р-п-1переходов, коэффициент усиления, входное сопротивление не имеют значения. при использовании их в качестве термочувствительных элементов, поэтому можно использовать в данном случае отходы полупроводникового производства. Единственное требование к таким отходам - это наличие р-п-переходов.

Использование мпогоэмиттерной транзисторной структуры в качестве термочувствительного элемента позволяет получить равномерную термочувствительность по всей поверхности теплового контакта датчика и значительно повысить термочувствительность элемента вследствие параллельного включения нескольких термочувствительных ячеек. Кроме того, при измерении температуры поверхности различных тел погрещность может возникнуть в результате плохого теплового контакта термочувствительного элемента с контролируемой поверхностью. С помощью переключателя S в предлагаемом устройстве имеется возможность контролировать изменение тока в каждой р-п-р (или п-р-п)-ячейке термочувствительного элемента, оценивая равномерность распределения температуры по его площади,

а следовательно, и качество теплового контакта термочувствительного элемента с измеряемой поверхностью. Для исключения погрешности, обусловленной изменением температуры окружающей среды при измерении разности

температур между двумя различными объектами, предлагается использовать две автономные ячейки р-п-р (или п-р-п) или многоэмиттерные структуры, соединенные параллельно. Это позволяет производить непосредственный

отсчет разности температур.

Охема усТ(рО;йст1ва Представл1еиа1на1ф,и-г. 3 и со€т1ои1Т из n- p-n-iCTipyiKTiyp 1 и 1 каиестше термочувствительных элементов, источников питания 2, 3, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, 6.

Устройство работает следующим образом. С помощью переменного резистора 5 устанавливается нулевое показание регистрирующего прибора 4, а с. помощью переменного

резистора 6 - одинаковые температурные коэффициенты тока для первого и второто термочувствительных элементов. Помещая термочувствительные элементы / и / в различные среды или на поверхности различных объектов, по показанию регистрирующего прибора 4 определяют разность температур между ними.

Таким образом параллельное включение р-п-р (или п-р-п)-ячеек предлагаемым выще

способом позволяет увеличить чувствительность устройства, а возможность получения одинаковой температурной характеристики каждой ячейки - повысить точность, обеспечить взаимозаменяемость и упростить устройство для измерения температуры.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения температуры,

содержащее транзисторную структуру в качестве термочувствительного элемента, включенную по схеме с общей базой, источники питания, резисторы, переключатель и- регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с

целью повыщения точности и чувствительности, упрощения и обеспечения взаимозаменяемости, термочувствительный элемент устройства выполнен в виде многоэмиттерной транзисторной структуры с отдельным внещним

выводом от каждого- эмиттера и включен в электрическую цепь двух источников питания таким образом, что к одному источнику подключен в прямом направлении через переменный резистор переход коллектор-база, все

эмиттерные переходы в прямом направлении-

через регистрирующий прибор, а каждый из них-через переменный резистор « переключатель подключены к минусовой к.темме второго источника.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной многоэмиттерной структурой, включенной параллельно первой, причем источники питания своими ллюсовымл клеммами подключены к общей точке баз обеих многоэмиттерных структур, а минусовая клемма одного источника через резисторы соединена с коллекторами, а другого - с соединенными через регистрирующий прибор эмиттерами обеих структур.

i