Датчик температуры

(5)з 0 01 К 7/00 ПИСАНИЕ РЕТ АТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(57) Использование; изобретение относитсяк области термометрии и предназначенодля измерения температуры протяженных Изобретение относится к области термометрии и предназначено для измерениятемпературы протяженных энергосистем,контролируемые точки которых расположены достаточно далеко от считывающей аппаратуры.Цель изобретения заключается в повышении точности и помехоустойчивости звсчет выравнивания напряжения срабатывания опорного и релаксационного преобразователей,Для этого датчик температуры, содержащий релаксационный преобразователь,включающий резистор и транзисторы, коллектор или эмиттер одного иэ которых соединен с одним из проводов двухпроводнойлинии связи, являющимся общей шиной релаксацион ного преобразователя, эмиттерили коллектор этого транзистора соединенс базой второго транзистора, коллектор илиэмиттер которого соединен с базой первоготранзистора, являющегося входом релаксационного преобразователя, и через первый энергосистем. Технический результат - повышение точности и помехоустойчивости за счет выравнивания напряжения срабатывания релаксационного и опорного релаксационного преобразователей. Сущность изобретения: в датчике температуры с релаксационным преобразователем и двухпроводной линией связи опорный релаксационный преобразователь содержит идентичный релаксационный преобра. зователь, стабилизатор и диод, Датчик температуры также содержит конденсатор, второй диод и резистор. 1 ил. резистор с тем же прбводом линии связи, снабжен конденсатором, включенным параллельно,линии связи, диодом, один из выходов оторого соединен с другим проводом линии связи, вторым резистором, один из выводов которого соединен с вторым выводом диода, второй вывод - с базой первого ЬЭ транзистора, третьим транзистором, разме- ( ) щенным в релаксационном преобразовате- С) ле, своей базой соединенным с базой С) второго транзистора. коллектором или эмиттером - со своей базой, а эмиттером или коллектором, соединенным с эмиттером или коллектором второго транзистора, являющимся выходом преобразователя, третьим резистором, через который эмиттеры или коллекторы второго и третьего транзисторов соединены с другим проводом линии связи, опорным релаксационным преобразователем, выполненным в виде рела(сационного преобразователя, стабилитрона, один из выводов которого подключен к входу преобразователя. второго диода, 2000024один вывод которого соединен со вторым выводом стабилитрона, а друой - с другим проводом линии связи, резистора. один из выводов которого соединен с выходом релаксационного преобразователя, а второй - с другим проводом линии связи, причем общие шины.релаксационных преобразователей соединены между собой.Эффективность работы датчика достигается увеличением точности и помехоустойчивости за счет включения опорного релаксационного преобразователя, имеющего идентичные с релаксационным преобразователем параметры входящих в него транзисторов и обеспечивающих компенсацию параметрических влияний линии связи и помех. возникающих на ней., Например, при включении в качестве порогового датчика температур срабатывание обоих релаксационных преобразователей происходит в идентичных условиях (при одинаковых температурах, длине линии связи и уровне помех).Сущность изобретения поясняется чертежом. где приведена структурно-электрическая схема температурного датчика.Приведенный датчик состоит иэ релаксационного преобразователя РП 1, выполненного в виде транзисторов 1, 2, 3 и резистора 4, конденсатора 5, подключенного параллельно двухпроводной линией связи с одним проводом 6 и с другим проводом 7, резистора 8, диода 9 и резистора 10. Диод 9 через резистор 8 соединяет вход релаксационного преобразователя с проводом 7 линии связи, а резистор 10 соединяет этот провод 7 с выходом преобразователя.Температурный датчик содержит также опорный релаксационный преобразователь, в который входит релаксационный преобразователь РП 11, включающий транзисторы 11, 12, 13 и резистор 14, стабилитрон 15, диод 16 и резистор 17. Диод 16 через стабилитрон 15 соединяет вход преобразователя 11 с проводом 7 линии связи, а резистор 17 соединяет выход преобразователя 1 с этим же проводом,Датчик температуры работает следующим образом.При подаче нэйряжения на проводадвухпроводной линии связи от источника питания с ограниченным значением тока напряжение на конденсаторе 5 возрастает с постоянной времени т = СВв ., а релансационные преобразователи 1, 11 выполненные на транзисторах 1, 2, 3, резисторе 4 и на транзисторах 11, 12, 13, резисторе 14 сооветственно находятся в закрытом состоянии.20 Напряжение на входах РП нарастает ипо достижении порогового уровня происходит лавинообразное отпирание транзисторов 1, 2. 3 или 11, 12, 13.5 Измеряемым параметром является амплитуда напряжения начала релаксации термочувствительного преобразователя,определяемая по формуле:Вв+В 4 КТО р йод )В 4 егде Ор - напряжение на релаксационномпреобразователе напряжения в момент начала отпирания;КТ-- тепловой потенциал, равныйе0,025 В при температуре 300 К и пропорциональный ей;Вв - величина резистора 8;В 4 - величина резистора 4,1 Вв+ В 4 КТВ 4 Вв В + 11 вх - ток второго перехода транзистора 1;В - статический коэффициент усилениятранзистора 1 в линейном режиме,25Напряжение Овх связано с током 1 вх соотношением;К Т охО= д - ,Т - 1 п-, - , (3)е 1 оогде т/)о - напряжение, равное ширине запрещенной эоны полупроводникового материала при Т = О, равное для Я 1, 2 1 В,е- температурный коэффициент ширины запрещенной зоны. равный для Я - 0,4м В /К (минус):100 - ток второго перехода транзистора1, мало зависящий от температуры.Значение 1 оо определяется практическизамером Овх для заданного значения 8, при40 фиксированной температуре и вычисляетсяпо формуле (3). где значение 18 х находитсяпо фортлуле (2) и реально имеет значениеКТ- /В 1, порядка нескольких микроампер.еДля кремниевых транзисторов малоймощности в режиме микротоков величи 1 охна 1 и в , - при нормальной температуреоопринимает значение 2122, что соответствует О 8 х = 0,560,563 В, Температурная зависимость Ор носит линейный характер.Температурный коэффициент напряжениярелаксационного т ермочувствительногопреобразователя отрицательный, равный-=0 36 /КАбсолютное значение крутизны температурной характеристики лежит на уровне40 мВ/К при напряжении Ол120, Незначительный вклад в температурную зависимость около 2 мВ/К вносит диод 16,2000024 линии связи,отлича ющийс я тем,что он снабжен конденсатором, первым диодом, вторым резистором, третьими резистором и транзистором, введенными в первый релаксационный преобразователь, в котором третий транзистор базой соединен с базой второго транзистора и с первым из р-п-переходов, а второй из р - п-переходов - с вторым из р - и-переходов второго транзистора, являющимся выходом первого релаксационного преобразователя, третий резистор первым выводом соединен с вторым проводом двухпроводной линии связи. а вторым - с вторым из р-и-переходов второго и третьего транзисторов, опорным ревключенный в цепь делителя напряжения сцелью исключения влияния резисторов делителя при обратном напряжении на конденсаторе 5.В случае, если транзисторы 1 и 11 разной проводимости, срабатывание релаксационного опорного преобразователя,выполненного на транзисторах 11, 12, 13,стабилитроне 15. резисторах 14, 17 и диоде16, происходит при обратной полярности наконденсаторе 5,Амплитуда напряжения начала релаксации опорного релаксационного преобразователя слабо зависит от температуры иопределяется по формуле:Оро = Ост ф Овх (4)вх = - /814,КТ8(5)где Оро - амплитуда напряжения опорногорелаксацион ного преобразователя;Овх - напряжение между входом и общей шиной РП;Ос - напряжение на стабилитроне;Б 14 - значение резистора 14.ТемпеГзтурнэя зависимость Оро около2 мВ/К, отрицательная.На резисторах 10 и 17 в момент срабатывания релаксационных преобразователей выделяется импульс с постояннойвремени спада К 1 о С 5 и Я 17 С;соответственно и крутым передним фронтом. Присчитывании сигнала с датчика температурыиспользуется разность амплитуд опорногорелаксэционного и термочувствительногорелаксационного преобразователей.В связи с этим вклад, вносил 1 ый диодами9, 16, компенсируется. Ток, потребляемыйтермочувствительным релаксационным преобразователем до момента срабатывания,ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ИЗ СООТНОШЕНИЯ Овх/84, а Формула изобретения Датчик температуры, содержащий первый релаксационный преобразователь, включающий первый резистор и два транзистора, один из р-и-переходов первого из которых соединен с первым из проводов двухпроводной линии связи, выполненным в виде общеи шины релаксационного преобразователя, э второй из р-п-переходов первого транзистора соединен с базой второго транзистора, один из р-п-переходов которого соединен с базой первого транзистора, являющейся входом первого релэксационного преобразователя, и через первый резистор - с первым из проводов двухпроводной 5 10 15 20 25 30 35 40 опорным релаксационным преобразователемм - О вх/814,Датчик температуры предназначен, в основном, для работы на длинной двухпроводной линии связи, имеющей омическое сопротивление около 100 Ом/км.Погрешность, вносимая линией связи, будет вычисляться по формуле:Овх Овх )Й 14 Й 4при условии равенства йв- В 1 о игде г - омическое сопротивление 2-х проводной линии связи.Практически равенство Оы и Овх 1 обоих РП выполняется в пределах 5-50 мВ. Для значений Я 4 = 814 = 2 ком и омическом сопротивлении линии связи 100 Ом/км погрешность составляет 0,0060,6 К/км и может быть учтена. С учетом диапазона измерения температуры окружающей среды +.50 С изменение омического сопротивления составит ф.200 , что соответствует трудно учитываемой погрешности 0,00120,012 К/км. Таким образом, 2-х проводная линия связи длиной 100 км вносит погрешность от 0,12 до 0,012 К,В случае, если транзисторы 1 и 11 однои проводимости, датчик температуры работает в пороговом режиме и в зависимости от температуры срабатывает либо терл 1 очувствительный, либо опорный релаксационные преобразователи, при этом вырабатывается импульсный сигнал на резисторах 10 и 17 соответственно,Получаемые импульсы могут быть использованы для управления в терморегуляторэх без дополнительного усиления и в схемах аварийной и пожарной сигнализации.2000024 хред М,Моргента РедакторЗаказ 3040 ректор А.Мотыл раж Подписнспатенташская наб., 4/5 НПО "Поиск"113035, Москва, Ж, Р Г 1 роизводсгвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужг л,Гагарина, 10 члаксационным преобразователем, выполненным в виде второго релаксационного преобразователя, идентичного первому релаксационному преобразователю, стабилитрона и втброго диода, причем конденсатор включен параллельно линии связи, первый диод первым выводом соединен с вторым проводом двухпроводной линии связи, вторым - с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, первый вывод стабилитрона подключен к входу второго релаксационного преобразователя, первый вывод второго диода соединен с вторым выводом стабилитрона, а второй вывод - с вторым проводом двухпроводной линии связи, при этом общие шины первого и второго релаксационных преобразователей соединены между собой.