Устройство для измерения темпера-ТуРы Советский патент 1981 года по МПК G01K7/18 

1

Изобретение относится к термометрии .

Известно устройство для измерения температуры, содержащее источник питания, к которому подключен преобразователь температуры, состоящий из термочувствительного элемента и схемы преобразования сигнала 1 .

Однако данное устройство не обладает требуемой точностью измерения, имеет малую крутизну преобразования и недостаточный предел измерения отрицательной температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения температуры, содержсццее источник питания, к которому подключен преобразователь температуры в напряжение, состоящий из термочувствительного элемента, постоянного и переменного резисторов стабилитрона и стабилизатора тока, подключенный к согласующему каскаду выход которого соединен со входом преобразователя напряжения в видеоимпульсы L

Однако данное устройство не обладает требуемой точностью измерения и имеет ограниченный диапазон измеряемой температуры.

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном расширении диапазона измеряемой температуры .

Эта цель достигается тем, что термочувствительный элемент вьшолнен в виде однопереходного транзистора с отключенным эмиттером, подсоединенного к переменному резистору, который соединен с коллекторной цепью регулирующего транзистора, образующего с усилительным транзистором стабилизатор тока, причем база и эмиттер регулирующего транзистора соединены соответственно с коллектором и базой усилительного транзистора, а база регулирующего транзистора через второй переменный резистор подключена к минусовой клемме источника питания, к противоположной клем ме которого через резистор подключена база усилительного транзистора и через стабилитрон - его эмиттер.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит аналоговый преобразователь 1 температуры в напряжение, регулирующий и усилительный транзисторы 2,3, термочувствительный элемент 4, выполненный в виде однопереходного транзистора с отключенным эмиттером, переменные резисторы 5,6, резистор 7, стабилитрон 8, тра зистор 9, резистор 10, диод 11, пре разователь 12 напряжения в видеоимпульсы, выполненный в виде автофантастрона, транзисторы 13-15, . резисторы 16-21, конденсаторы 22, 2 согласующий каскад 24. Устройство работает следующим образом, При измерении температуры окружаюд,ей среды происходит изменение межбазового сопротивления однопереходного транзистора 4 с отключенным эмиттером, являю-дегося термочувствительным элементом, имеющим в широ ком диапазоне температур от -70 до + прямолинейную характеристику {межбазовое сопротивление - температура) , Межбазовое сопротивление однопереходного транзистора .4 и вкл ченный с ним последовательно переменный резистор 5 (Rper-() составляю нагрузку регулирующего транзистора 2( ) последовательного стабилизатора тока, собранного на двух транзисторах 2 и 3. Стабилитрон 8 включен в прямом направлении, что позволяет производить измерение сопротивления коллекторной нагрузки регулирующего транзистора 3в широких пределах. Величина сопротивления резистора 7 неизменна, и ток эмиттера и приблизительно рав ный ему ток коллектора транзистора 2 поддерживается неизменным. Следовательно, и по межбазовому соп ротивлению однопереходного транзистора с отключенным эмиттером 4 при изменении температуры окружающей среды в широких пределах (например, от -70 до +120°С) протекает тот же неизменный ток. Вследствие этого напряжение, снимаемое с нагрузки, прямо пропорционально ее сопротивлению, т.е. меняется с изменением межбазового сопротивления Rgg, а значит и с изменением температуры окружающей среды. Переменный резис.тор 5 (Rper ) позволяет производить настройку аналогового преобразовате ля температура-напряжение при наличии разброса номинального меж.базового сопротивления. Меняя сопротивление резистора 6, можно регул ровать угол наклона характеристики выходное напряжение - температура т.е. изменять чувствительность анал гового преобразователя, обеспечивая взаимозаменяемость однопереходных транзисторов. Напряжение, снимаемое с нагрузки преобразователя температура.- нап ряжение , подается на согласующий каскад 24. Напряжение, снимаемое с резистора 10, в дальнейшем используется как управляющее напряжение автогенератора фантастронного типа, собранного на трех транзисторах 13-15. Линейно меняющееся управляющее напряжение через разделительный диод 11 подключено к коллектору транзистора 13 автофантастрона, являющегося линейным преобразователем управляющее напряжение - период следования прямоугольных видеоимпульсов 12, снимаемых с коллектора транзистора 15. В первом временно устойчивом состоянии транзисторы 14 и 15 открыты и насыщены, а транзистор 13 закрыт. Конденсатор 22 заряжается через резистор 16, а конденсатор 23 разряжается до момента, когда транзистор 13 откроется. Создаются условия, при которых все транзисторы открыты, возникает лавинообразный процесс, приводящий к тому, что наступает второе временное устойчивое состояние (время формирования длительности импульса) при котором транзисторы 13 и 14 -открыты и находятся в активной области, а транзистор 15 закрыт, конденсатор 22 разряжается через резистор 17, источник питания и транзисюры 13 и 14, Благодаря действию отрицательной обратной связи разряд конденсатора 22 происходит по линейному закону (постоянным током), Действие этой связи прекращается в тот момент, когда потенциал коллектора транзистора 13 относительно эмиттера достигает минимального напряжения, что соответстует моменту вхождения транзистора 13 в насыщение. Создаются условия для второго лавинообразного скачка, в результате которого транзистор 13 закроется, а транзисторы 14 и 15 открыты и насыщены, Этим кончается период автоколебаний автофантастрона 12. На коллектор транзистора 13 предлагаемого устройства через диод 11 подается управляющее напряжение, пропорциональное температуре. Это напряжение фиксИрует потенциал коллектора транзистора 13. Разряд конденсатора 22, происходящий по линейному закону, заканчивается в момент достижения потенциала коллектора 13 фиксированногоУРОВНЯ. При этом прекращается действие отрицательной обратной связи с коллектора транзи- стора 13 на базу транзистора 14,раз-, вивается лавинообразный процесс - конец периода колебаний. Чем выше температура, тем больше напряжение на резисторе 10, тем ниже фиксированный потенциал коллектора транзистора 13, тем меньше длительность импульса (второе временно устойчивое состояние) , а значит и период следования прямоугольных видеоимпульсов, снимаемых с коллектора транзистора 15. Таким образом, преобразователь

напряжения в видеоимпульсы (автофантастрон) 12 преобразует аналоговый сигнал - (управляющее напряжение) в последовательность прямоугольных видеоимпульсов, период следования которых прямо пропорционален температуре измеряемой среды. Предложенное устройство повышает точность измерения за счет увеличения крутизны преобразования и расширяет диапазон измеряемой температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее источник питания, к которому подключен преобразователь температуры в н апряжение, состоящий из термочувствительного элемента, постоянного и переменного резисторов стабилитрона и стабилизатора тока, подключенный к согласующему каскаду, выход которого соединен со входом преобразователя напряжения в видеоимпульсы, отличающе.ес я тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном

расширении диапазона измеряемой температуры, термочувствительный элемент выполнен в виде однопереходного транзистора с отключенным эмиттером, подсоединенного к переменному резистору, который подключен к коллек торной цепи регулирующего транзистора, образующего с усилительным транзистором стабилизатор тока, причем база и эмиттер регулирующего транзистора соединены соответственно с

0 коллектором и базой усилительного транзистора, а база регулирующего транзистора через второй переменный резистор подключена к минусовой клемме источника питания, к противоположной клемме которого через резистор подключен база усилительного транзистора и через стабилитрон его эмиттер. Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1. Zotzsehe Р. Temperaturmefgerat mit cSirekter Cinearer Auzeige. EEectron, 1977, 9, c. 301-302.

c 2. Авторское свидетельство СССР № 517810, кл. G 01 К 7/18, 31.12.74 (прототип).

-f/f

выход