Преобразователь температуры в частоту

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпии(22) Заявлено 14,01.77 (2 ) 2444089118 10с присоединением заявки Лвав делам ваебретений н открытийДата опубликования описания 28,01.80(7 ) Заявитель Ордена Трудового Красного Знамени институт физики попупроводников, АН Литовской ССРИзобретение относится к технике измерения температуры и может быть исгпопьзовано в системах автоматического контропя и сигнализации.Известен преобразоватепь температу 5 ры в частоту, содержащий диод, конденсатор и усипитепь 1Недостатками устройства явпяются мапая чувствитепьность и спожная схема,Известен также преобразователь температуры в частоту, содержащий обратно- смещенный диод в качестве термочувствитепьного эпемента, конденсатбр и динистор, образующие замкнутый контур 21Однако это устройство имеет невысокую чувстви тепьнос ть вспедс твие спабой зависимости частоты генерации от. температуры.Бепью изобретения явпяется повышение чувствитепьности преобразоватепя.26Пос тавпенная цель дос тигае тся тем, что в преобразоватепь температуры в часготу, содержащий обратносмешенный диод в качестве термочувствитепьного алемента, конденсатор и динистор, образующиезамкнутый контур, введены индуктивность,вкпюченная между конденсатором и динисгором, и терморезистор с отрицатепьнымкоэффициентом сопротивпения, вкпюченныйпоследовательно с динистором, причемдиод подключен параппепьно конденсатору,а напряжение его пробоя не больше напряжения вкпючения динис тора.На фиг. 1 изображена схема предпагаемого преобразователя; на фиг. 2 - вопьтамперные характеристики динистора и диода; на фиг. 3 - зависимость частоты оттемпературы; на фиг. 4 - форма импульсатока,Преобразоватепь содержит четырехЬпойную переключающую р- р - т-Структуру (динистор) 1, диод (стабипитрон)2, конденсатор 3, источник питания 4,терморезистор 5, переменный резистор 6,индуктивный эпемент 7, нагрузочный резистор 8, индикатор 9.Устройство работает следующим образом,Термочувствитедьный стабипитрон 2 и четырехсдойная переключающая р - И- р- -Н -структура 1 соединены и согпасованы гаки м образом, ч то перекп ючени е посдедней при подаче питания от источника 4 происходит дишь тогда, когда проекция точки ее переключения (д Е,и (Зрр, ) находится на участке лавинного пробоя водьтамперной характерис гики (ВАХ) термочувствитедьного стабидитрона 2, т.е. когда напряжение на термочувствитедьном стабидитроне 2 (срав няется с (. структуры 1 Такое усдовие обеспечивается тем, что напряжение давинного пробоя (.пр стабидитрона 2 (самое начадо стабидизации) несколько меньше напряжения вкдючения (3четырехсдойной р-Н-р- Н -структуры 1 (см, фиг. 2). Пссдедняя перекдючается из высокоомного в проводящее состояние тсдько при достижении напряжения вепичиной, опредедяемой дишь температурой окружающей среды. При достижении напряжением ведичины Ок, происходит быстрое перекдючение р- Н -р- Н-структуры 1 в проводящее состояние, т.е, ее сопротивдение скачком падает. Когда напряжение ча термочувствитедьном стабидитроне 2 и Р -Р- Н-структуре 1 растет от нудя доконденсатор 3 заряжается, Зарядившийся до этого напряжения конденсатор 3 при этом быстро разряжается через структуру 1 и термсрезистср 5. Однако, как видно на фиг. 2, когда ведичина напряжения смещения прибдижа-. ется к 01 р- Н-Р- И-стрчктуры (динистора), начинает заметно проводить ток стабидитрон 2, который подкдючен парапдедьно ветви четырехсдойной структуры 1. Всдедствие этого замедляется рост тока через структуру 1 (в нашем случае динистор), те, уменьшается ДЗдф, что в свою очередь приводит к заметному возрастанию времени задержкид р- Н-р- Н-структуры (динистора иди тиристора), которое в основном опредедяется временем накспдени ч заряда 3 в обдасти коддекторного перехода. Накопление заряда происходит за счет инжекции носитедей из открытых эмиттерных переходов причем, чем бодьше протекающий ток, тем сипьнее происходит инжекция. Возрастанию ведичины Гсд также способствует индуктивный характер реактивности эдемечта 7, так как в начапе быстрого Разряда конденсатора через сткрывающукхя структуру 1 токне может быстро возрасти, ЭтоС 5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 81 4дополнительно уменьшает ДД Д и связанный с этим темп пакспдсния носит- пей в коппекторном псрсхсде с трукгуры 1,В случае, когда четырехсдойная структу.ра 1 вкдючена в схем ах преобразоватедей по анадогам и прототипу, ведичина С)3 Сц. явдяется постоянной и даже при очень мапой ее величине Ь оД обычно не превьшает 10 мкс, Согдасование величины О р Р- Н-Р- Н-струк-, туры 1 и О 1 р стабипитрона 2, как выше указано, равносильно подаче токовот о импупьса на р-Н -р- Н-структуру 1 формы, приведенной на фиг. 4, В резупьтате этосД Р-Н-р- И-структуры 1 возрас тает до нескодьких деся тков мс и схема генерирует колебания трапецеидапьной формы, плоская часть (вершина импудьса) которых обусповдена величинойСсд, С изменением температуры (дпя опредеденнос ти 7 уведичивается) изменяются ведичины ,1 5 динис гора (убывает) и 3 рр стабидитрона (уведичивается). Проекция точки (на лавинном участке ВАХ стабипитрона при этом быстро перемещается в сторону меньших токов и 6быстро убывает, Пока форма колебаний явпяется трапецеидадьной, т.е. на вершине импульса имеется плоская часть, соответствующая времени Со,ч, зависимость(Т) явдяется очень резкой, участок 1 на фит. 3. При дадьнейшем росте Т С д =0 и форма генерируемых импупьсов, становится пипообразной, Зависимость(Т) при этом является более сдабой, участок 11 на фиг. 3. Такая чувствитепьнос ть пресбразоватедя соответствовада бы чувствитепьности пресбразсватепей, указанных в качестве прототипа и анадога, еспи бы в преддагаемой схеме отсутствовад допопнитепьно введенный терморезисгор 7 с отрицательным коэффициентом сопротивления. Таким образом, даже на участке 11 крутизна зависимости (Т) в предлагаемом преобразоватепе бодьше, чем ддя сдучая анадо гов и прототипа. Итак, частота генерируемых кодебаний при постоянной вепичине сопротивдения резистора 6 от Т зависит не монотонно, а имеет два участка; 1 - сильной и 11 - относитепьно слабой зависимостей К(Т), фиг. 3, Участок 1сидьнсй зависимости при К - -СОИМ испопьзуется ддя опредедения (Конгропя) малых значений ,Т - реапизуется высокая чувствитепьность датчика в узком интерваде Т. Участок 11 зависимости позвсп че т без перес тройки схемы из мери Гьи/ипикснтропирсвать Т с бспее низкой711381 6м Датчик температуры может найти широкое применение в области автоматического дистанционного определения иликонтроля температуры. Главным его превосходством является то, что он обладаетвысокой чувствительностью в широкоминтервале температур,разрешающей способностью, но в широко интервале Т.Слецющая важ ая особенность данного изобретения, возможность передвижения участка высокой чувствительности(Т) относительно оси Т (см. фиг, 3 участок 1). Это достигается изменением величины сопротивления резистора % , Увеличение 3( ведет к возрастанию дифференциального сопротивления стабилиг О рона 2 на лавинном участке его ВАХ (см. на фиг. 2, случай б). При этом переключение р- И -р- И трук туры происходит при меньшем общем гоке Эк,., при Т - СОИМ (фиг, 2, б). Таким образом, схема легко настраивается в режим высокой чувствительности в любой точке участка 11 зависимости (Т).Предлагаемый преобразователь температуры в частоту позволяет определять и/или контролировать малые флуктуации температуры как ог заданной, так и производить их поиск и определять амплитудное значение в широком интервале значения температур, Кроме измерения температуры в широком интервале ее значений с высокой точностью, устройство может широко использоваться для определения двух температур (в пространстве или во времени) без перестройки его резистором К (, Чувствительность, достигаемая при этом даже научастке 11 выше, чем у прототипа и аналогов. Формула изобретения Преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствительного элемента, конденсатор идинистор, образующие замкнутый контур, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены индуктивность, включенная между конденсатором и динисгором, и герморезистор с отрицательным коэффициентом, сопротивления, включенный последователько с динистором, причем диод подключен параллельно конденсатору, а напряжение его пробоя не больше напряжения включения динис тора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР