Устройство для измерения температуры

СОЮЭ СОВЕТСКИХС 01 ИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУВЛИК п 9) 176 О 375 501 801 К 7 ГОСУДАРСТВЕРНЫИПО ИЗОбРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯ СВИДЕТЕЛЬ К АВТОРСКОМ У ОЙ СТВО Ы ьзование пературьо содерхары 0,7,(54) УСТР ПЕРАТУР (57) Испол торах тем устройств 5, резист 11. 1 ил. ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМ: в измЕрителях Сущность изо .т транзисторь8, 9, 10, 15, кон л регуляретения;1, 2, 3, 4, денсатор ое бю автом ра и изао СССг"гт. 18, с. 24,Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть использовано в измерителях и регуляторах температуры, в частности, бытового назначения,Известно устройство для измерения температуры (11, содержащее термотранзистор, параллельно эмиттерио-базовому переходу которого включен индикатор напряжения, и потенциометр, подвижный контакт которого соединен через источник питания с коллектором термотранзистора, Недостатком этого устройства является невысокая точность из-за нелинейности характеристики преобразования температура - напряжение, но больше из-за того, что оно основано на не определяемой твердыми физическими контактами температурной зависимости коэффициента усиления термотрэн зи сто ра по току.Известен датчик температуры и одновременно стабилитрон "запрещенной зоны "21, содержащий первый и второй транзисторы, базы которых подключены к отводу резистивного делителя, подключенного параллельно выходу стабилитрона,первый вывод которого, соединенный с общей шиной устройства, через первый резистор соединен с выходом датчика температуры и с эмиттером первого транзлстора, соединенным через второй резистор с эмиттером второго транзистора, причем з коллекторы первого и второго транзистора соединены соответственно с неинвертиру- О ющим и инвертирующим входами операционного усилителя, выход которого соединен с выходом стабилитрона, соединенным через третий резистор с коллектором первого транзистора, а через четвертый резистор с коллектором второго транзистора, Недостатками этого датчика температуры-стабилитрона являются сложность из-за наличия д операционного усилителя и потребностьповышенном напряжении питания (5 В),Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническо, у решению является низковольтный источник опорного напряжения (1,235 В) "., содержащий первый, второй и третий трапа стары, эмиттеры которых подключены к первому выводу конденсатора, соединеннок 11 с пер45 терных пеоеходах транзистооов 1,2, т,е, ра н ной нул ю ошибку рассогласования меж 50 вым выводом устройства, второй вывод которого подключен к коллектору третьего транзистора, через первый резистк коллектору второго транзистора, через резистивный делитель к коллектору первого транзистора и к третьему выводу ус;аойства, при этом отвод резистивного делителя соединен с базой первого транзистора, коллектор которого соединен с базой второго транзистора.Первым недостатком этого устройства является сложность из-за наличия дифференциального усилителя, что затрудняет изготовление устройства на транзисторной сборке и резисторах, Вторым его недостатком является малая точность измерения изза отсутствия формирователя сигнала по температуре и соответствующего выхода (н известном устройстве существуют лишь неопределенные сигналы дрейфа от окружающей температуры),Целью изобретения является повышение точности измерения.Зто н различных случаях применения устройства приводит к экономике электроэнергии, улучшению комфортности, увеличению количества и повышению качества вырабатываемого продукта, в том числе через сохраняемость и т,д.Цель достигается тем, что в устройство нведены четвертый и пятый транзисторы, эмиттеры котоаых подключены к первому выводу конденсатора, а коллек горы через введенные второй и третий резисторы соответственно - к второму выводу конденсатора, при этом коллектор второго транзистора соединен с базой четвертого транзистора, коллектор которого соединен с базой пятого транзистора, коллектор которого соединен с базой третьего транзистора.На чертеже изображена схема предлагаемого устройства,устройство для измерения температуры содержит первый-пятый транзисторы 1-5, первый-третий резисторы 6-8, резистивный делитель на резисторах 9-10, конденсатор 11, первый-третий выводы 12-14, балластный резистор 15, К отводу резистивного делителя 9,10 подключена база транзистора 1, Конденсатор 11 подключен параллельно коллекторно-эмиттерному переходу транзистора 3 и между первым 12 и вторым 13 выводами устройства. Конденсатор выполняет функции фильтра нижних частот. Последовательно с конденсатором может быть включен четвертый резистор со стороны первого вывода 12 устройства. Более того, эмиттер транзистора 5 может быть подключен к общей точке конденсатора 11 и четвертого резистора, Однако последнее 5 10 15 20 25 30 35 40 относится лишь к варианту возможного исполнения низкочастотного фильтра и является дополняющим.Напряжение отрицательной полярности через балластный резистор 15 прикладывается к эмиттерам всех транзисторов 1-5. Общей точкой устройства принят второй вывод 13 для определенности. Относительно этой точки производится отсчет сигналов; пропорционального абсолотной температуре (между выводами 13,14) и стабилизированного (между выводами 12,13), Оптимальным значением стабилизированного напряжения является 1,248 В, По существу, устройство представляет собой усилитель с непосредственными связями между каскадами, охваченный глубокой отрицательной обратной связью.устройства работает следующим образом.Транзистор 1 работа.т в так называемом послеграничном режиме. т.е, при потенциале коллектора ниже потенциала базы на величину падения напряжения на резисторе 10. Можно считать, что на транзисторах 1,2, резисторах 6,9,10 выполнен формирователь пропорционально абсолютной температуре выходного напряженля ОГ), В формирователе выполняются определенные приводимые ниже физические соотношения между таками и напряжениями. Коплекторный гок транзистора 1 выбирается расяетом резисторов в М раз больше коллекторного тока транзистора 2. Обычно М равно около 10. От точности упомянутого выше отношения токов зависит точность устройства в целом, Зто соотношение токов поддерживается усилителем сигнала рассогласования, выполненного на транзисторах 4,5,3 и резисторах 7,8. Являясь простым недифференциальным усилителем, он однако выполняет функции дифференциального усилителя, поддержиная равенство падений напряжения на коллекторно-эмитду коллекторами транзисторов 1,2. Зто достигается тем, что в устройстве сопротивления резисторов 67 поиняты одинаковыми. Для дальнейшего рассмотрения приведем необходимые обозначения, Сопротивление резистора будет обозначать буквой й с индексом, соответствующим номеру на чертеже. Колпектарные токи транзисторов будем обозначать буквойс индексом соответствующего транзистора, Каскад на транзисторе 1 является как бы задающим, Падение напряжения ШО на резисторе 10 вынуждает транзистор 2 работать при меньшем коллекторном токе. Так как йб=йт, та(4) 35 40 45 50 Ост=.Об 2+О(Т),(8)12=14. В связи с этим также имеем Оэб 2=Оэб 4.В устройстве выполняется следующее соотношение: К 11О 10=Обэ 1-Обэ 2= - ТП, (1)ц т 2 где К - постоянная Больцмана;ц - заряд электрона.Далее можно записать выражения дляколлекторных токов 11; 12;-- (3) Осл Обэ 4 Ост Обэ 2 где Ост - стабилизированное низковольтное напряжение между первым 12 и вторым 13 выводами устройства, получающееся автоматически равным около 1,248 В.Подставив равенства (2) и (3) в зависимость (1), получим О 10 = - Т 1 л К йб Ц, 19 + 810 Током базы транзистора 1 можно пренебречь. Поэтому общее падение напряжения на резисторах 9,10, равное О(Т), соответствует формуле О =( +1) О 0 . (5) Подставив равенство (4) в формулу (5),получим Выражение(6) определяет линейную зависимость вида О(Т)=-АТ, (7) Таким образом, напряжение О(Т), действующее между выводами 14,13 устройства, несет информацию об абсолютной температуре Т, Коротко упомянем о сущности напряжения стабилизации Ост между выводами 12,13 устройства, Оно равно Стабильность этого напряжения оттемпературы поддерживается потому, что первый член выражения (8) имеет отрицательный 10 15 20 25 30 температурный коэффициент, а второй (согласно равенству (7) - положительный, При одинаковых по модулю значениях этих ксэффициентов и обеспечивается стабильность Ост Можно показать теоретически и экспериментально, что оптимальным для большей стабильности значением Ост. является 1,248 В, Эта величина близка к энергетической ширине запрещенной зоны полупроводника при абсолютном нуле. Таким образом, предложенное устройство формирует как пропорциональное температуре напряжение, так и стабильное напряжение. Это расширяет его функциональные возможности, способствуя получению дополнительного технико-экономического эффекта, Основной же технико-экономический эффект определяется повышением точности. достигнутым в предложенном устройстве по сравнению с аналогичными устройствами одинаковой сложностью или упрощением устройства по сравнению с более сложными аналогичными устройствами, обеспечивающими одинаковую точность, Кроме того, это устройство имеет малые габариты, Практически устройство мокет быть реализовано на микросхеме К 198 НТ 1 Б, резисторах С 2-14 и конденсаторе К 10-17-3" г".Устройство показало четкую работу, темпесатурный коэффициент равен 2,5 мВ С, нелинейность передаточной характеристики температура - напряжение не превышает 0,1 с 0. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее первый, второй и третий тоанзисторы, эмиттеры которых подключены к первому выводу конденсатора, соединенному с первым выводом устройства, второй вывод которого подключен к коллектору третьего транзистора, через резистор - к коллектору второго транзистора, через резистивный делитель - к коллектору первого транзистора и второму выводу устройства, при этом база второго транзистооа соединена с отводом средней точки резистивного делителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены четвертый и пятый тразисторы, эмиттеры которых подключены кпервому выводу конденсатора, а коллекторы через введенные соответственно второй и третий резисторы - к второму выводу конденсатора, при этом пятый транзистор своей базой соединен с коллектором четвертого транзистора, подключенного базой к коллектору второго транзистора, а коллектором - к базе третьего транзистора.1760375 оставитель Н,Коровинехред М,Моргентэл Корректор М,Шароши Редак изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 3180 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5