Устройство для измерения температуры
ОП И САНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
36I398
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 12.111.1971 (№ 1631848/18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
М. Кл. G 0114 7/22
Комитет lI0 делам изобретений и открытий при Совете 1т1инистроя
СССР
Опубликовано 07.XII., 1972. Бюллетень № 1 за 1973 г.
Дата опубликования описания 22.1.1973
УДК 536.5:621.382.3 (088.8) Авторы изобретения
В. С. Громов, А. И. Кривоносов и P. И. Утямышев
111I :
Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Изобретение относится к области тепловых измерений и может найти применение в полупроводниковой радиотехнической и других областях промышленности, где требуется использование датчиков температуры.
Известны устройства,для измерения тем|пературы, содержащие р-и-р (или и-р-п)-структуру в качестве термочувствительного элемента, источники питания, резисторы, выключатель и регистрирующий прибор. Недостатками подобных устройств являются недостаточно высокая чувствительность, точность и отсутствие взаимозаменяемости.
Цель изобретения — у величение чувствительности, точности, упрощение устройства и обеспечение взаимозаменяемости.
Предлагаемое устройство для измерения температуры состоит из термочувствительного элемента, выполненного в виде многоэмиттерной транзисторной структуры с отдельным внешним 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 при бор, а каждый из них через переменный резистор и переключатель подключены к минусовой клемме второго источника.
Описываемое устройство снабжено дополнительной многоэмиттерной структурой, включенной параллельно первой, причем источники питания своими плюсовыми клеммами подклю чены к общей точечке бев обеих м н огоэмстттерных структур, а минусовая клемма одного источника через резисторы соединена с коллекторами, а другого — с соединенными через регистрирующий прибор эмиттерами обеих
10 структу р.
На фиг. 1 .представлена схема устройства; на фиг. 2 — одна ячейка; на фиг. 3 — параллельное включение двух ячеек.
Устройство состоит из многоэмиттерной
15 р-и-р (или п-р-п)-структуры 1 в твердотельном исполнении, источников питания 2, 3, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, 6, 7, ..., и и переключателя 8 тока эмиттера, образующих отдельные ячейки, 20 Каждая ячейка представляет собой р-и-р (или и-р-и)-структуру (в частном случае это может быть усилительный элемент — транзистор), области р (или и) которой соединены через, переменные резисторы с плюсом (или
25 минусом) двух источников питания, причем минус (или плюс) одного источника подсоединен непосредственно, а другого — через измеритель тока к общей и (или р)-области структуры. Такое соединение дает возможность ус30 тановить люоой наперед заданный начальный
361398 уровень отсчета температуры и обеспечить постоянство температурного 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 (и-р-n) представлена на фиг. 2 и состоит из п-р-п-структуры в твердотельном HcIIIîëíåíèè 1, источников питания
2, 8, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, б.
Ячейка работает следующим 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 8 устанавливают нулевое показание регистрирующего прибора
4, а с помощью переменного резистора б устанавливается необходимый температурный коэффициент тока в цепи источника питания 8 (в устройстве — это цепь эмиттеров).
Таким образом, для всех р-п-р (или и-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 регист- 35 рирующего прибора 4. Использование транзисторной структуры с особым включением, при котором коллекторный и эмиттерные р-и-переходы смещены B,ïðÿìîì направлении, позволяет значительно снизить роль поверх- 40 ности на вольтамперную характеристику и существенно повысить стабильность термочувствительности датчика, поскольку при таком включении величина эмиттерного тока изменяется с температурой только вследствие из- 45 менения контактной разности, потенциалов р-и-перехода эмиттер — база. Кроме того, такие параметры транзисторов, как напряжение пробоя р-п- переходов, коэффициент усиления, входное сопротивление не имеют значения 50 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-,ïå- 55 реходов.
Использование многоэмиттерной тр анзисторной структуры в качестве термочувствительного элемента позволяет получить равномерную термочувствительность по всей поверхнос- 60 ти теплового контакта датчика и значительно повысить термочувствительность элемента вследствие параллельного включения нескольких термочувствительных ячеек. Кроме того, при измерении температуры поверхности раз- 65 личных тел погрешность может возникнуть в результате плохого теплового контакта термочувствительного элемента с контролируемой поверхностью. С помощью переключателя 8 в предлагаемом устройстве имеется возможность контролировать изменение тока в каждой р-и-р (или и-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.
С хема уст рой ства представл ена на фиг. 3 и сост о ит из п-ip-и- спрукт ур 1 и 1 в казачестве термочувствительных элементов, источников питания 2, 8, регистрирующего прибора 4, переменных резисторов 5, б.
Устройство работает следующим образом.
С помощью переменного резистора 5 устанавливается нулевое показание регистрирующего прибора 4, а с помощью аеременного резистора б — одинаковые температурные коэффициенты тока для первого и:второго термочувствительных элементов. Помещая термочувствительные элементы 1 и 1 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-и) -ячеек предлагаемым выше 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 повышения точности и чувствительности, упрощения и обеспечения взаимозаменяемости, термочувствительный элемент устройства выполнен в виде многоэмиттерной транзисторной структуры с отдельным внешним 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 †ба, все эмиттерные переходы в прямом направлении—
364 398 Риг 2
Риг,7
Техред Т. Миронова
Редактор Т. Ларина
Заказ 4404/18
Корректоры: И. Божко и В. Федулова
Изд. № 25 Тираж 404
Подписное
Типография, пр. Сапунова, 2 через регистрирующий прибор, а каждый из них — через переменный резистор и переключатель подключены к минусовой клемме второго источника.
2. Устройство по п. 1, отлича ощееся тем, что оно снабжено дополнительной многоэмиттерной структурой, включенной параллельно первой, причем источники питания своими плюсовыми 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.
