Датчик температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K7/01 

(5) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к измери- f тельной технике и может быть использовано в различных системах контроля и измерения температуры.

Нзвестен датчик температуры, содержащий измерительный мост с двумя полупроводниковыми диодами в качестве термочувствительных элементов, включенных в противоположные плечи моста

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является датчик температуры, содержащий измерительный мост с термочувствительным элементом выполненным в виде полевого транзистора, включенного в одно из четырех плеч моста, в остальные плечи которого включены термонезависи «(е резисторы С 2.

Недостатком такого датчика температуры является его сравнительно низкая чувствительность (около 1 мв/гоад).

Причина этого заключается в том, что в качестве термочувствительного элемента используется лишь канал, полевого транзистора, действуюJ щий в качестве терморезистора, а усилительные свойства полевого транзистора не используются.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика температуры.

о Поставленная цель достигается тем, что в датчик температуры, содержащий измерительный мост с термочувствительным элементом, выполненным в виде полевого транзистора, вклгочен5 ного в одно из пдеч моста,введены дополнительные полевые транзисторы, включенные в остальные плечи моста, причем затвор каждого из полевых транзисторов замкнут с его истоком,

20

В такой схеме изменение сопротивления канала полевого транзистора от температуры (у полевого транзистора, используемого в качестве термочувствительного элемента приводит к изменению тока через другой полевой транзистор, включенный вместе с первым полевым транзистором в одну и ту же половину моста и являющийся нагрузкой для первого полевого транзистора, Так как оба транзистора работа ют в режиме насыщения, то небольшое изменение тока через нагрузочный полевой транзистор приводит к изменению напряжения на нем в десятки раз большему, чем изменение тока, что и обеспечивает повышение чувствительности датчика.

На фиг. 1 показана схема датчика температуры; на фиг. 2 вольтамперная характеристика одной из двух половин моста,

Датчик температуры содержит измерительный включенными в.его четыре плеча полевыми транзисторами; 1-. Один или два полевых транзист эра, например 1 и 3 включенные в про тивоположные плечи моста, используются в качестве термочувствительных элементов и устанавливаются на объекте, температуру которого необходимо измерить. Остальные два ( 2 и k) полевых транзистора термостатируются. В измерительную диагональ моста вклюмен вольтметр 5При одинаковой температуре полевых транзисторов, включенных в одну и ту же половину моста (например, полевые транзисторы 1 и 2), напряжение на средней точке между ними равно V хгде Е - напряжение источника питания моста. .

При нагреве полевого транзистора 1 его ток насыщения уменьшаемся (кривая +Т на фиг.2), что1 приводит к увеличению напряжения от Vp до +У а при охлаждении (кривая - к уменьшению до величины -Vi Сравнительно небольшие изменения тока полевых транзисторов 1 и 2 вызывают значительные изменения напряжения на средней точке. При подключении прач вой половины моста и изменении температуры полевых транзисторов 1 и 3 на величину дТ вольтметр 5. включенный . в измерительную диагональ моста, регистрирует удвоенное изменение напряжения ДУ{Т)КйТ, где К - коэффициент пропорциональности, определяющий чувствительность датчика и зависящий от типа используемых полевых транзисторов.

Величина К максимальна и является постоянной только в сравнительно узком диапазоне температур , соответственно, в этом диапазоне зависимость (Т) .линейна. При изменении температуры за пределами этого диапазона рабочая точка С фиг.2) выходит на начальный участок вольтамперной характеристики полевого транзистора и чувствительность датчика падает, а линейность нарушается. Однако включением регулировочных резисторов 6-9 в цепи истоков полевых тра зисторов t- можно увеличить линейны участок или сместить его в любую сторону в полном рабочем диапазоне температур (бО)-(+120)С при одновре-: менном снижении чувствительности датчика.

Предлагаемый датчик фактически измеряет разность температур, поэтому его наиболее целесообразно использовать именно в этих целях.

Пример. Датчик температуры на полевых транзисторах типа 2ПС202В при напряжении источника питания моста В и сопротивлении регули-ровочных резисторов Ом обеспечивает чувствительность К 100150 мв/град. в диапазоне температур . Эта величина в десятки раз выше, чем у прототипа.

Предлагаемый датчик температуры имеет высокую чувствительность, прост в изготовлении и удобен в эксплуатации.

Формула изобретения

Датчик температуры, содержащий измерительный мост с термочувствительным элементом, выполненным в виде полевого транзистора, включенного в одно из плеч моста, о т л ич ающ ий с я тем, что, с целью увеличения чувствительности датчика, в него введены дополнительные полевые транзисторы, включенные в ос-. тальные плечи моста, причем затвор каждого из полевых транзисторов замкнут с его истоком.

Источники информации, принятые во внинание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 821953, кл. G 01 К 7/16, 1978 (прототип).