Термоанемометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯХ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23)Приоритет(5)И. Кл. 6 01 Р 5/12 Гееударстееекые кеметет ЕССР Опубликовано 07.03. 83. Бюллетень ле Эаф лелем изобретений и етерытийДата опубликования описания 07.03.83 В.А.дроздов, С,П.Костенко и Ю.И.Кузовлев. (72) Авторы изобретения ЮЕЬЯН эзш Одесский технологический институт холодильной промышленности(54) ТЕРМОАНЕМОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике, в частности к изме" рению скоростей потоков жидкостей и газов.Известен термоанемометр, состоя" щий из транзистора, в котором переход коллектор - база используется как нагреватель, реп-переход эмиттер - база - как термочувствительный элемент. В схеме применен термоком" пенсатор ТК, включенный в диодном режиме, помещенный непосредственно в измеряемую среду и управляющий ба зой транзистора Т для поддержания постоянного перегрева корпуса тран" зистора относительно измеряемой сре" ды С 11. Недостатком данного устройства яв" ляется его низкая надежность, обу:словленная возможностью выхода из строя р-и-переходов база-коллектор, служащего нагревателем. Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является термоанемометр, состоящий из двух транзисторов, выполненных в виде трехслойного полупроводника, и содержащий термочувствительнцй элемент, термокомпенсатор, нагреватель, источник питания, электрические выводы,при этом р-и"переходы эмиттер-базатермокомпенсатора и термочувствительного элемента включены в дифференциальную схему 1 21,Недостатком устройства являетсянизкая точность измерения.15Цель -повышение тоцности измерений и надежности. Поставленная цель достигаетсятем, что термоанемометр состоящий из двух транзисторов, выполненных 20 в виде трехслойного полупроводникаи содержащий термочувствительнцй элемент, термокомпенсатор, нагреватель, источник питания электричес1002967 кие выводыпри этом р-и-переходы эмиттер-база термокомпенсатора и термочувствительного элемента включены в дифференциальную схему, снабжен дополнительным источником питания, связанным через два электрических вывода с нагревателем, выполненным в виде дополнительного четвертого слоя, нанесенного на. коллектор термочувствительного элемента, 16На фиг, 1 представлен датчик, разрез, на фиг. 2 - электрическая схема термоанемометра.Устройство содержит полупроводниковый прибор, состоящий из корпу са 1, в котором размещен полупроводниковый кристалл 2. В кристалле 2 сформирован р-и-переход 3 эмиттер 4 - база 5, служащий термочувствительным элементом, а также коллектор 6, 20 образующий с базой 5 р-и-переход (5-6) база 5 - коллектор 6, Со стороны, противоположной этому р-и-переходу (5-6), коллектор 6 образует р-и-переход 7 с дополнительным чет вертым слоем 8, служащим нагревателем и имеющим противоположный коллектору тип проводимости . К нему подсоединены электрические выводы 9 и 10, К базе 5 подключен вывод 11, а к эмиттеру з 1 4 - вывод 2, р-и-переход 3 включен с термокомпенсатором 13 в дифференциальную схему. Оба термочувствительных элемента, термокомпенсатор 13 и датчик 3 подсоединены к источнику 14 пи 35 тания через токоограничительные сопротивления 15 и 16 и балансное сопротивление 17, служащее для начальной установки нуля. Дополнительный четвертый слой 8, служащий нагревателем, выводами 9 и 10 соединен с дополнительным источником 18 питания, который управляется через ограничительное сопротивление 19 от термокомпенсатора 13. Дополнительный источник 18 пита 45 ния может быть построен по схеме пара. метрического стабилизатора, тогда сопротивление 19 будет определять величину смещения транзистора, управляющего нагревательным током.56 Коллектор в данном случае не под- ключен ни к одному из элементов схемы и служит в качестве защиты обратно- смещенным р-и-переходом 7 и 5-6, т.е. изолирующим слоем. Коллектор 6 можно также подключить к эмиттеру 4.Термоанемометр работает следующим образом. фПри подаче напряжения от источника 14 питания через р-и-переходы эмиттер - база кристалла 2 и термокомпенсатора 13 протекают измерительныетоки величиной до 500 мкА, Значенияпоследних определяются минимальнойпогрешностью (за счет протекания, например, измерительного тока по участку базы от электрического вывода 11до р-и-перехода 3).Помимо того, увеличение измерительного тока влечет за собой возрастание погрешности термоанемометра отсаморазогрева.При подаче напряжения от дополнительного источника 18 питания черезвыводы 9 и 10 по дополнительному четвертому слою 8 потечет нагревательныйток, величина которого будет определяться внутренними параметрами дополнительного источника 18 питания, сопротивлением 19 и значением сопротивления самого нагревателя 8,Зададим нагревательным током необходимую температуру кристалла 2, те,перегрев над температурой среды, которую измеряет термокомпенсатор 13.Сопротивлением 17 устанавливаем выходной сигнал равным нулю либо какому-то определенному значению при скорости потока, равной нулю,При наличии потока среды им уносится некоторая часть тепла от корпуса 1, который нагревается от дополнительного четвертого слоя 8. Корпус 1 охлаждается, уменьшается и температура кристалла 2, являющаяся мерой измеряемой скорости, которую Фиксирует датчик 3, При изменении температуры потока меняется напряжение на термокомпенсаторе 13 и через сопротивление 19 управляет дополнительным источником 18 питания для поддержания постоянным перегрева. Кроме того, меняется точка отсчета выходного сигнала на электрическом выводе 13 относительно изменившегося напряжения эмиттербаза термокомпенсатора 3.При быстрых изменениях состояния среды протекающего потока (резкое изменение скорости либо температуры) может быть увеличенный нагрев кристалла 2. Однако это обстоятельство не выведет из строя датчик 3, поскольку тот питается оцень малым измерительным током и может сохранять свои свойства до температуры 170967 формула изобретения 5 1002180 С. Надежность нагревателя 8 обусловлена тем, что монокристаллический полупроводниковый материал, например кремний, свойства которогоосохраняются до температуры 300-350 С, 3и есть дополнительный четвертый слой.Сопротивление его с температурой изменяется монотонно, поэтому не происходит никаких скачкообразных и лавинных процессов как в р-и-переходе (в 10случае, когда нагреватель - р-и-переход эмиттер-база).В термоанемометре исключено влияние нагревательного тока на выход.ной сигналпотому что коллектор 6 служит изолирующим слоем и должен иметьтолщину, достаточную чтобы обедненная область или область пространственного заряда не влияла на выходной сигнал, а также чтобы не было 20смыкания слоев,Подключение дополнительного четвертого слоя 8 электрическими выводами 9 и 10 к дополнительному источнику 18 питания позволяет значительно повысить точность поддержания постоянным перегрева датчика 3 надтемпературой среды,Применение в качестве нагревателя дополнительного четвертого слоя 8,30являющегося монокристаллом кремния,позволяет перегревать кристалл 2 дотемпературы 170-.180 С без. угрозы выхода из строя элементов термоанемометра, тем самым повысить надежностьпоследнего в целом. Термоанемометр, состоящий из двух транзисторов, выполненных в виде трехслойного полупроводника, и содержащий термочувствительный элемент, термокомпенсатор, нагреватель, источники питания, электрические выводы, при этом р"и-переходы эмиттер-база термокомпенсатора и термочувствительного элемента включены в дифференциальную схему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности, он снабжен дополнительным источником питания, связанным через два электрических вывода с нагревателем, выполнен" ным в виде дополнительного четвертого слоя, нанесенного на коллектор термочувствительного элемента. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1 Авторское свидетельство СССРМ 584252, кл. С 0 1 Р 5/12, 1977.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке И 2999458/18- 10,кл. С 01 Р 5/12, 08.08.80.(прототип).1002967 оставитель Е.Сысехред Т.йаточка Корр Е.Ро едактор Н.Гунько ираж 87 сударст м изобр осква, Ж аз 1539 енно тени иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,ВНИИПИ Г по дел 113035, ИПодписноео комитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/