Устройство для измерения температуры

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскмх

Соцмалистмческмл

Республмк (il) 732685

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (51)iN. Кл.

G 01 К 7/16 (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2584106/18-10 с присоединением заявки ¹

Гесударстееииый камнтет (23) Пркоритет— по делам нэабретений и открытий

Опубликовано 05.05.80- Бюллетень ¹ 17

Дата опубликования описания 05.05.80 (53) УДК

536.53 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. К. Кукзрских и В. В. Носов

Биолого-почвенный институт Дальневосточного научного центра АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к уст ройствзм для измерения температуры, в которыХ в качестве термочувствительного элемента используют ся полупроводниковые диоды.

Известны устройства цля измерения температуры, содерж:llltHc лолупровоцниковый диод, усилитель, резисторы. источник питания, регистратор (1.) и (2) .

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство цля измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента полупроводниковый циод, смещенный в прямом направлении, стабилизатор тока, выполненный нз операционном усилителе, инвертирующий вход которого соединен с выводом диода и через резистор с исгочником питания, з нсинвентирующий вход соединен: с делителем напряжения нз переменном резисторе, поцключенным к источнику питания (3).

Недостатком этого устройства является его невысокое бысгродействие, обусловленное тепловой инерционностью тсрмочувствительного элемен гз.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены резистор и конденсатор, причем выход усилителя через резистор сое5 динен с другим выводом диода, соединенным через конценсзтор с нулевой точкой источника питания.

Нз чертеже изображена схема устройства.

Устройство для измерения температуры со10 держит термочувствительный элемент — полу. прозодниковый диод 1, соединенный с выходом операционного усилителя 2 стабилизатора тока 3 через резистор 4, конденсатор 5, включенный межцу нулевой точкой источника

15 питания и точкой соединения резистора 4 с диодом 1, резистивный делитель напряжения, 6 к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя, резистор 7 и источник питания 8.

Устройство работает следующим образом.

Стабилизатор тока 3 обеспечивает разность потенциалов между инвертнрующим и неинвер тирующим входами операционного усилителя

732685

4 напряжения на реэилоре 4 на величину, пропорциональную скорости изменения температуры термочувствительггого элемента а, следовательно, пропорциональную разности между температурой окружавшей среды и температу рой термочувсэвительного элемента. Напряжение на выходе операционного усилителя изменится на величину, равную сумме падений напряжений на термочувствительном элего менте и на резисторе 4, то есть на величину, пропорциональную изменению температуры окружающей среды.

Подключение термочувствительного элемента к выходу операционного усилителя через

15 резистор и соединение обшей точки этого резистора и термочувствительного элемента с нулевой точкой источника питания через конденсатор повышае быстродействие устройства.

Испытания показали, что быстродействие устройства для измерения температуры с термочувствительным элементом — кремниевым диодом КД102А по сравнению с известным устройством, в котором используется тот же термочувствительный элемент, повышено в

13 раз. — температура измеряемой среды; — напряжение на положительной 25 клемме источника питания:

К вЂ” масштабный коэффициент резистивного делителя;

R, — сопротивление резистора 4;

ЗΠ— производная температуры по време:9 % ни;

С вЂ” емкость конденсатора 5; — постоянная времени эермочувствительного элемента.

При выполнении условий CR= Г; ЕпК=0 о +

+ igR, напряжение на выходе операционного усилителя прямо пропорционально изменению температуры среды, окружающей термочувствигельный элемент, и мало зависит от инерцион40

:ос н термочувствительного элемента:

A(Tc To)

При изменении температуры среды Тz, окружающей термочувствительный элемент, температура r термочувствительного элемента изменяется со скоростью, пропорциональной разности (T — Т) между температурой окружающей среды и температурой термочувствительного элемента.

При увеличении (уменыиении) температуры термочувствительного элемента падение напряжения на термочувствительном элементе умень- Я шится (увеличится) пропорционально изменению температуры термочувс тви тельного элемента, а через конденсатор 5 потечет тОк, пропорци1 ональный скорости изменения -,åìëåðàòóðbt термочувствительно о элемента . Ток через резистор

4 уменьшится (увеличигся) на величину. равную значению тока через конлетгсл ор 5, при этом соответственно уменьиипся (унелнчигся1 падение где Тс

Еп

2, равную нулю, и поддерживае неизменным значение тока 1о, через термочувствительный элемент 1.

Зависимость падения напряжения 0о на термочувствительном элементе 1 от температуры можно записать в виде уравнения прямой:

Ug = Uy — A (Т вЂ” Т,), где То — температура, принятая за ноль диапазона измерений;

Т вЂ” температура термочувствительного элемента 1, U — падение напряжения на термо о чувствительном элементе при T=T;

А — постоянный коэффициент (чувствительность термочувствительного элемента) .

Напряжение на выходе операционного усилителя с учетом инерционности термочувствительного элемента равно: с3Т

u=g(T -т )„Е К-U -1 R A, (CWG О и <р су 1 Qt. 1

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента полупроводниковый код, смещенный в прямом направлении, стабилизатор тока, вы пол не нный на операционно M усил ителе, и нвертирующий вход которого соединен с выводом диода и через резистор с источником питания, а неинвертирующий вход соединен с делителем напряжения на переменном резисторе, подключенным к источнику питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения бьгстродействня устройства, в него введены резистор и конденсатор, причем выход усилителя через резистор соединен с другим выводом диода, соединенным через конденсатор с нулевой точкой источника. питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кривоносов А. И. Полупроводниковые датчики температуры. М.. "Энергия", 1974, с. 105, рис. 3-7.

2. Авторское свидетельство С (СP Х 287358, кл. C 01 К 7/16, 1969.

3. Кох. Линейный термометр на диоде или транзисторе. "Электроника* 1976, М 10, с.60 рис, 2 (прототип).

732685

Редактор A. Ахмедова

Заказ 1726/32

Тираж 713 Подписное

Ц11ИИПИ Государственногг комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Куликов

Техред С. Мигай Корректор О. Ковинская