Устройство для измерения температуры

ОПИСАНИЕ 36398ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 12 111,1971 ( 1631848/18-10) М. Кл. б 011 7/22 присоединением заявкириорите Комитет ло делам обретений и открыт ри Совете Министре публиковано 07.Х 111972. Бюллетеньза 1973 гата опубликования описания 22.1.1973 36,5:621.38088.8) Авторыизобретения ивоиосов и Р, И. Утямышев В. С. Громов, А,Заявите 111: ,. .,Й ТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМП УРЬ Изобретение относится к области тепловых измерений и может найти применение в полупроводниковой радиотехнической и других областях промышленности, где требуется использование датчиков температуры.5Известны устройства,для измерения температуры, содержащие р-и-р (или и-р-п)-структуру в качестве термочувствительного элемента, источники питания, резисторы, выключатель и регистрирующий прибор. Недостатка ми подобных устройств являются недостаточно высокая чувствительность, точность и отсутствие взаимозаменяемости.Цель изобретения - увеличение чувствительности, точности, упрощение устройства и обес печение взаимозаменяемости.Предлагаемое устройство для измерения температуры состоит из термочувствительного элемента, выполненного в виде многоэмиттерной транзисторной структуры с отдельным 20 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 коллек тор в ба, все эмиттерные переходы в прямом направлении - через регистрирующий прибор, а каждый из них через переменный резистор и переключатель подключены к минусовой клемме второго источника. 3 Описываемое устроиство снабжено дополнительной многоэмиттерной структурой, включенной параллельно первой, причем источники питания своими плюсовыми клеммами подключены к общей точечке без обеих мн(огоэмвтттерных структур, а минусовая клемма одного источника через резисторы соединена с коллекторами, а другого - с соединенными через регистрирующий прибор эмиттера ми обеих структу р.На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - одна ячейка; на фиг. 3 - параллельное включение двух ячеек,Устройство состоит из многоэмиттерной 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,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 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 установить люоой наперед заданный начальныйуровень отсчета температуры и обеспечить постоянство температурного коэффициента токав пределах от 1 до 20 мка/С. Поскольку условия работы каждой ячейки в устройствеодинаковы, анализ его работы рассмотрим напримере одной ячейки,Схема одной ячейки (и-р-и) представ, ченана фиг. 2 и состоит из п-р-и-структуры в твердотельном исполнении 1, источников питания2, 3, регистрирующего прибора 4, переменныхрезисторов 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 диапазонаизмеряемых температур и обычно находитсяв пределах 0,5 - 10 ма. Затем изменением напряжения источника питания 3 устанавливаютнулевое показание регистрирующего прибора4, а с помощью переменного резистора б устанавлийается необходимый температурный коэффициент тока в цепи источника питания 3 25(в устройстве - это цепь эмиттеров).Таким образом, для всех р-и-р (или и-р-и)- ячеек показанного на фиг. 1 устройства можно установить одинаковый температурный коэффициент тока в цепи эмиттера и начальную З 0точку отсчета температуры. В таком состоянииустройство может быть использовано для измерения температуры среды или поверхноститела, при этом отсчет температуры производится непосредственно по показанию регист- З 5рирующего прибора 4. Использование транзисторной структуры с особым включением,при котором коллекторный и эмиттерныер-и-переходы смещены в,прямом направлении,позволяет значительно снизить роль поверхности на вольтамперную характеристику и существенно повысить стабильность термочувствительности датчика, поскольку при такомвключении величина эмиттерного тока изменяется с температурой только вследствие изменения контактной разности ,потенциаловр-и-перехода эмиттер в ба. Кроме того, такие параметры транзисторов, как напряжениепробоя р-пчпереходов, коэффициент усиления,входное сопротивление не имеют значения 50при использовании их в качестве термочувствительных элементов, поэтому можно использовать в данном случае отходы полупроводникового производства. Единственное требование к таким отходам - это наличие р-п-,переходов.Использование многоэмиттерной тр анзисторной структуры в качестве термочувствительного элемента позволяет получить равномерную термочувствительность по всей поверхности теплового контакта датчика и значительноповысить термочувствительность элементавследствие параллельного включения нескольких термочувствительных ячеек. Кроме того,при измерении температуры поверхности раз 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-и-р (или и-р-п) или многоэмиттерные структуры, соединенные параллельно, Это позволяет производить непосредственный отсчет разности температур.Схема устройства представлюна на фиг. 3 и состоич" из и-р-пчспрчктур 1 и 1 в качестве термочувствительных элементов, источников питания 2, 3, 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 теомочувствительных элементов. Помещая термочувствительные элементы 1 и 1 в различные среды или на поверхности различных объектов, по показанию регистрирующего прибора 4 определяют разность температур междуними.Таким образом параллельное включение р-и-р (или и-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 изобретения1, 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 - база, все эмиттерные переходы в прямом направлении -36398 хред Т. Миронова ректоры: И. Божкои В. федулова едактор Т. Ларин аказ 4404/48 Изд.25 Тираж 404 Подписное ипография, пр. Сапуно через регистрирующий прибор, а каждый из них - через переменный резистор и переключатель подключены к минусовой клемме второго источника,2. Устройство по п. 1, отличающееся 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 резисто ры соединена с коллекторами, а другого - ссоединенными через регистрирующий прибор эмцттерами обеих структур.