Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор, включенный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соединена с источником питания , а другая подключена к входу усилителя с регистратором, отличающееся тем, что, с целью уменьшения инерционности и повышения надежности устройства, в него введены два дополнительных полевых транзистора, включенных соответственно между истоком и затвором, а также затвором и стоком полевого транзистора, при этом, затвор каждого дополнительного полевого транзистора соединен с его ис- . током. .j D . 00 со 00 Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОЗ,ИЬМПИ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51) G 01 К 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AR TOPCHOMV СВИОЕТЕЛЬСТВМ (21) 3679455/24-10 (22) 26.12.83 (46) 30.01.85.Бюл. Ф 4 (72) М.Н.Бурбан, Л.П.Грабой и Г.С.Ранченко (53) 536.53(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 2519335, кл. С 01 К 7/24, опублик. )976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 993042, кл. G 01 К 7/00, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

У 821953, кл. G 01 К 7/16, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качестве термочувствительного элемента поле- вой транзистор, включенный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соединена с источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения инерционности и повыпения надежности устройства, в него введены два дополнительных полевых транзистора, включенных соответственно между истоком и затвором, а также затвором и стоком полевого транзистора, при этом, затвор каждого дополнительного полевого транзистора соединен с его истоком. е

313133

6 2 устройства, а также упрощение технологии его изготовления.

Для уменьшения инерционности уст- 40 ройства необходимо уменьшать размеры термочувствительного элемента, который для обеспечения высокой точности измерения должен изготовляться совместно с резисторами. Однако наличие 5 резисторов с идентичными параметрами и большими сопротивлениями не позволяет при существующих технологиях изготовления уменьшить термочувствительный элемент до требуемых размеров- Кроме того, при изготовлении такого термочувствительного элемен; та необходимо использовать различные технологические процессы,.чтv снижает его надежность и, соответственно, надежность всего. устройства.

Дель изобретения — уменьшение инераионности и повышение .надежности

Изобретение относится к температурным измерениям, а точнее к устройствам для измерения температуры с по лупроводниковыми датчиками температуры - транзисторами. 5

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный1полевой транзистор, подключенный к входу измерительного усилителя 10

Недостатком этого устройства является требование постоянства измери" тельного тока с высокой степенью точности.

Известно также устройство для измерения температуры, содержащее измерительный мост с полевыми транзисторами, включенными в плечи моста, причем затворы транзисторов соецинены с их истоками через переменные 20 резисторы (2 ).

Недостатком такого устройства является его сложность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор, включенный в плечо измерительного моста„ одна диагональ которого соеди- 30 иена с, источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором. В этом устройстве между источником и затвором транзистора, а также затвором и стоком транзистора включены резисторы с идентичными параметрами, причем их сопротивление должно быть в 10-50 раз больше сопротивления канала транзистора .(3 ).

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор, включенный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соединена с источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором, введены два дополнительных полевых транзистора, включенных соответственно между истоком и затвором, а также затвором и стоком полевого транзистора, при этом затвор каждого дополнительного полевого транзистора соединен с его истоком.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит полевой транзистор 1, между истоком и затвором которого, а также затвором и стоком включены два дополнительных полевых транзистора 2 и 3. Транзисторы 1 — 3 образуют термочувствительный элемент (датчик температуры) 4, который включен в плечо измерительного моста на резисторах 5 — 7. Одна диагональ моста подключена к источнику питания (не показан), а другая — к усилите лю 8, соединенному с регистратором 9.

Устройство работает следующим образом.

При выполнении термочувствительного элемента по полупроводниковой технологии в едином технологическом процессе параметры транзисторов 2 и

3 получаются идентичными. Изменение напряжения питания термочувствительного элемента 4 приводит к тому, что транзисторы 2 и 9, включенные по схеме генератора тока, изменяют свои сопротивления так, что сохраняется их равенство. Вследствие равенства сопротивлений каналов транзисторов

2 и 3 выполняется условие U =U /2, где U — напряжение затвор — исток транзистора 1, НС вЂ” напряжение сток исток транзистора 1.

Таким образом, вольтамперная характеристика транзистора 1 на крутом .участке характеристики э,=y((u,-u,)u,— u,/г), где Х вЂ” ток стока, U — пороговое ,напряжение, p — - постоянный коэффициент, приобретает вид

Э с и

Составитель В.Куликов

Редактор К.Волощук Техред Л.Коцюбняк Корректор, О.Тигор

Заказ 1051,2(30 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 а сопротивление канала транзистора

Й = 0 /7 =1/ „.

Таким образом сопротивление канала транзистора 1 не зависит от U< и требования к стабильности U значительно уменьшаются. Изменение температуры среды приводит к изменению Uy„ в результате чего температурная чувсТвительность термочувствительного элемента составляет 0,4-0,6X/град, При выполнении термочувствительного элемента 4 по полупроводниковой технологии на одной пластине кремния размером 1.1 мм можно изготовить несколько (5-10) термочувствительных элементов, соединенных последовательно, что позволяет в 5-10 раз повысить температурную чувствительность устройства по напряжению. Отсутствие паяных или сварных соединений межпу транзисторами 1 - 3 повышает надеж/ ность устройства. Учитывая, что при

3733 6 планарной технологии канал транзистора размещается внутри объема полупроводника и защищен от воздействия окружающей среды, то стабильность устройства высока.

С целью уменьшения шунтирующего действия транзисторов 2 и 3 на тран зистор 1 и повышения чувствительности термочувствительного элемента 4

1О вместо транзисторов 2 и 3 можно включать цепочки, состоящие из несколь- ких полевых транзисторов, соединенных последовательно. При этом затвор каждого полевого транзистора должен: быть соединен с его истоком.

Таким образом, введение в устройство двух дополнительных полевых транзисторов, позволяет значительно: снизить размеры чувствительного элемента и тем саум уменьшить инерциоиt ность устройства, а также повысить

его надежность, т.е. улучшить метро- логические и эксплуатационные параметры устройства. с