Преобразователь температуры в частоту Советский патент 1980 года по МПК G01K7/01 

1

Изобрегетше относится к технике измерения температуры и может быть нсдользовано в системах автоматического контроля и сигнализации.

Известен преобразователь температуры в частоту, содерхедщий диод, конденсатор и усилитель l .

Недостатками устройства являются малая чувствительность и сложная схема.

Известен также преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмешенный диод в качестве термочувствительного элемента, конденсатбр й динис- гор, образующие замкнутый контур .

Однако это устройство имеет невысокую чувствительность вследствие слабой зависимости частоты генерации от температуры.

Целью изобретения является повышение чувствительнос ти преобразова теля.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствительного элемента, конденсатор н динистор, образующие замкнугъгй контур, введены индуктивность, включенная между конденсатором и динис- тором, и терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления, включенный последовательно с динистором, причем диод подключен параллельно конденсатору, а напряжение его пробоя не больще напряжения включения динис тора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - вольтамперные характеристики динистора и диода; на фиг. 3 - зависимость частоты от температуры; на фиг. 4 - форма импульса тока.

Преобразователь содержит четырех- Ьлойную переключающую p-h - р - И- РУКтуру (динистор) 1, диод (стабилитрон) 2, конденсатор 3, источник питания 4, терморезистор 5, переменный резистор 6, индуктивный элемент 7, нагрузочный резистор 8, индикатор 9.

Устройство работает следующим образом.

371

Термочувствительный стабилитрон 2 и етырехслойная переключающая Р-П-р 1-структура I соединены и согласованы таким образом, что переключетгае последей при подаче питания от источника 4 роисходит лишь тогда, когда проекция точки ее переключения (vlg,, . ) находится на участке лавинного пробоя вольтамперной характеристики (ВАХ) термочувствительного стабилитрона 2, т.е. огда напряжение на термочувствительном табилитроне 2 Uj сравняется с U-oi/. труктуры 1.. Такое условие обеспечиватся тем, что напряжение лавинного пробоя О д.пр стабилитрона 2 (самое начало стабилизации) несколько меньше на пряжения включения четырехслойной -структуры 1 (см, фит. 2), Последняя переключается из высокоомного в проводящее состояние только при достижении напряжения величиной, опреде лаемой лишь температурой окружающей среды. При достижении напряжением ве личины происходит быстрое перек лючение р- и -р- с груктуры I в проводящее состояние, т.е„ ее сопротивление

скачком падает. Когда напряжение на термочувствительном стабилитроне 2 и Р- ) -р И-струкгуре I растет от нуля до ВКЛ конденсатор 3 заряжается. Зарядившийся до этого напряжения конденсатор 3 при этом быстро разряжается через структуру 1 и терморезисгор 5,

, как видно на фиг, 2, когда величина напряжения смещения приближается к и Вкл. Р Vl--P n-CTpyKT7/pfci (дй нистора), начинает замегно проводить ток стабилитрон 2, который подключен параллельно ветви чегырехслойной структуры 1. Вследствие этого замедляется рост тока через структуру 1 (в нашем случае динлстор), т.е. уменьшается d3 j di; , что в свою очередь приводит к заметному возрастанию времени за держкн дцз р-П-Р-П-стр Коры I (дикиетора или тиристора), которое в основном определяется временем накопления заряда Q в области коллекторного перехода. Накоплетше заряда происходит за счет инжекцни носителей из открытых амитте-рных переходов причем, чем больше протекающий ток, тем сильнее происходит инжекция. Возрастанию величинь; также способствует индуктивный характер реактивности элемента 7, так как Б начале быстрого разряда конденса .гора через открывающуюся структуру I ток 1- не может быстро возрасти. Это

3814

дополнительно уменьшает dJ/dt и связанный с этим темп накоплония носителей в коллекторном пероходо структуры I.

В случае, когда четьфехслойная 5 структура t включена в схемах преобразователей по аналогам и прототи1ту, величина . я.вляется постоянной и даже при очень малой ее величинеСзад обычно не превышает 10 мкс. СогласоQ ванне величины U-gKA Р Я-Р-И-с РУК-, туры 1 и и {in стабилитрона 2, как выше указано, равносильно подаче токового импульса на p-j -р-vi-структуру I формы, приведенной на фиг. 4. В результате это5 ™ Ъад Р-.П-Р-П-сгруктуры I возрастает до нескольких десятков мс и схема генерирует колебания трапецеидальной формы, плоская часть (вершина импульса) которых обусловяена величинойГд,,

0 С изменением температуры (для определенности Т увеличивается) изменяются величины динистора (убывает) и и р стабилитрона (увеличивается). Проекция точки U на лавинном

5 участке ВАХ стабилитрона при этом быстро перемешается в сторону меньших токов и быстро убывает. Пока форма колебаний является трапецеидальной, т.е. на вершине импульса имеется плоская

0 часть, соответствующая времени tT-jQ , зависимость (Т) является очень резкой, участок I на фиг. 3. При дальнейшем росте Т 0 и форма генери- руемых импульсов, становится пилообраз5 ной. Зависимость (Т) при этом является более слабой, участок II на фиг. 3. Такая чувствительность преобразователя соответствовала бы чувствительности преобразователей, указанных в качестве про0 то типа и аналога, если бы в предлагаемой схеме отсутствовал дополнительно введенный терморезистор 7 с отрицательным коэффициентом сопротивления. Таким образом, даже на участке II крутизна за5 Бисимости {(Т) в предлагаемом преобразователе больше, чем для случая аналогов и прототипа. Итак, частота генерируемых колебаний при постоянной величине сопротивления резистора 6 от Т зависит

0 не монотонно, а имеет два участка: 1 сильной и 11 относительно слабой зависимостей (Т), ф1-1г. 3. Участок 1 сильной зависимости при R Consi используется для определения (Контроля)

5 малых значений - реализуется высокая чувствительность -датчика в узком интервале Т. Участок II зависимости позволяет без перестройки схемы измерить н/иликонтролировать Т с более низкой 57 разрешагошей способностью, но в широком ингервапе Т. важгая особенность данного изобретения, возможность передвижения участка высокой чувствительности (Т) относительно оси Т (см. фиг. 3 участок I). Это достигается изменением величины сопротивления резистора Т . Увеличение Т, ведет к возрастанию диф ференциального сопротивления стабилитрона 2 на лавинном участке его ВАХ (см. на фиг. 2, случай б). При этом переключение труктуры щзоисходит при меньшем общем токе Зв,) . при Т - const (фиг. 2, б). Таким образом, схема легко настраивается в режим высокой чувствительности в любой точке участка II зависимости f(T). Предлагаемый преобразователь температуры в частоту позволяет определять и/или контролировать малые флуктуации температуры как от заданной, так и производить их поиск и определять амплитудное значение в широком интервале значения температур. Кроме измерения температуры в широком интервале ее значений с высокой точностью, устройство может широко использоваться для определения двух температур (в пространстве или во времени) без перестроШси его резистором 1.. Чувствительность, достигаемая при этом даже на участке 1Г вы ше, чем у прототипа и аналогов. 81 Датчик температуры может найти широкое применение в области автоматического дистанционного определения или контроля температуры. Главным его превосходством является то, что он обладает высокой чувствительностью в широком интервале температур. Формула из об р е т е н и Преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствительного элемента, конденсатор и динистор, образующие замкнутый контур, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены индуктивность, включенная между конденсатором и динистором, и терморезисгор с огрнцагельным коэффициентом, сопротивления, включенный последовательно с динистором, причем диод подключен параллельно конденсатору, а напряжение его пробоя не больше напряжения включения динис тора. Источники информации, приняп }е во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 135259, кл. 3 01 К 7/16, 1960. 2.Кривоносов А. И. Полупроводниковые датчики температуры. Энергия, М., 1974, сГ 109-112.

Piil:1