Термодатчик

(76) Смолянский В.А,Комитет Российской Федерации по патентам и товарнымзнакам(57) Использование: изобретение относится к конструкциям термочувствительных релейных устройств, действующих по принципу включено-выключено, и предназначено для применения в схемах регулирования температуры термостатов, нагревательных холодильных устройств, а также для защиты электротехнической аппаратуры от перегрева, Сущность: с целью повышения точности, термодатчик содержит подсоединенные параллельно к источнику тока два каскада с Изобретение относится к конструкциям термочувствительных элементов и релейных устройств регулирования температуры срабатывания, действующих по принципу включено - выключено.Известны полупроводниковые датчики температуры, использующие зависимость от температуры параметров р-и-переходов. например зависимость прямого падения напряжения от температуры и тока - Опр(Т, 1).Недостатком термодатчиков на р - п-переходах является их малая чувствительность (М = 2 мВ)С и необходи.Гость применения стабильных высокочувствительных усилителей и стабилизированного электропитания. Большее распространение в области пел йных регучлторов температур-п-р-п-структурами, выполненными с тонкими базами и зашунтированными змиттерными р-п-переходами, а также термозависимый каскад с последовательной цепью диодов и опорный каскад с цепью последовательно соединенных шестивольтовых стабилитронов, которые подключены к базам р - и - р - и-структур соответственно первого и второго каскадов. Первый и второй выходы термодатчика специализированы для управления регулировкой соответственно охлаждения и нагрева, Параметры термодатчиков не зависят от технологического разброса параметров р-п-р-п-структур. Термодатчики могут быть выполнены в виде интегральных схем и могут работать в диапазоне температур от -60 до 200 С. 5 ил,ры находят термореле с биметаллическимиконтактами, контактными термометрамиили с терморезисторами, позволяющими сбольшей простотой управлять исполнительной нагрузкой,Известны термодатчики, использующиеприборы с р - и - р - и - структурой тиристоры)в качестве термочувствительного и усилительного элемента одновременно. Термочувствительным параметром в этихдатчиках является падающая зависимостьтока выключения 1 выкл Я от температуры.В известных термодатчиках каскад стермодатчиком подключен к двум независимым источникам тока: пульсирующему,обеспечивающему периодическое включение р-и - р - п-структуры, и постоянному.удерживающему р и-р-и-структуру в окрытом состоянии, Если постоянный ток удерживающего источника 1 уд1 выкл (Т), где Т - заданная температура срабатывания термодатчика, то р-и-р - и-структура периодически включается и в цепи пульсирующего источника тока возникают импульсы, которые могут быть использованы как сигналы о недостаточной температуре окружающей среды, т.е. ТокрТ . При 1 уд1 выкл (Т) р-и-р-п-структура перестает выключаться и отсутствие импульсов может быть использовано как информационный сигнал о том, что ТокрТ. Задавая значение тока 1 уд в интервале значений тока выключения р-ир-и-структуры в ее рабочем диапазоне (-60 - +200 С), т.е. от 1 выкл (+200) до 1 выкл (-60), можно настроить термодатчик на заданную температуру срабатывания.Недостатками известных термодатчиков с р-и - р - п - структурами является технологический разброс параметра,1 выкл, наблюдаемый при нормальной температуре, и нестабильность зависимости 1 выкл от температуры. Эти недостатки препятствуют созданию простых серийноспособных стабильных датчиков температуры, необходимых для массового применения в термостатах, электронагревательных и холодильных устройствах, устройствах тепловой защиты электротехнических средств,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому резул ьтату я вл яется термодатчик, содержащий диоды; первый и второй каскады с р-и-р-и-структурами (тиристорами); источник пульсирующего напряжения и ВС-цепочку (образующие источник пульсирующего тока), в котором первый каскад с р-пр-и-структурой подключен к источнику пульсирующего тока.Предлагаемое изобретение направлено на создание тиристорных термодатчиков для релейных устройств регулирования температуры, действующих по принципу включено - выключено и не имеющих указанных выше недостатков.Принципиальная схема термодатчика приведена на фиг. 1; подключение термодатчика к силовому тиристору и нагрузке термостата или теплонагревательного прибора показано на фиг. 2; подключение термодатчика к силовому тиристору и нагрузке холодильника показано на фиг, 3; изменение вольт-амперной характеристики первого каскада с р-и-р-и-структурой при подключении термозависимого каскада с 30 кремниевыми диодами в диапазоне температур от +25 до 150 С показано на фиг. 4; вольт-ямперной характеристики первого каскаля с р-о-р и- структурой при подклече 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нии термозависимого каскада с 25 кремниевыми диодами в диапазоне температур от -60 до+30 С показано на фиг. 5.Приняты следующие условные обозначения 1 - первый каскад с р-и - р-и-структурой; 2 - второй каскад с р-п-р-и- структурой; 3 - источник пульсирующего тока; 4- первая р-п-р-и-структура; 5 - вторая р-и-р-и-структура; 6- термозависимый каскад с последовательно соединенными диодами; 7 - опорный каскад с последовательно соединенными стабилитронами; 8, 9 - резисторы; 10 - цепь последовательно соединенных диодов; 11 - цепь последовательно соединенных стабилитронов; 12-15 - резисторы; 16 - выходная клемма первого каскада; 17 - выходная клемма второго каскада; 18- входная клемма термозависимого каскада; 19 - входная клемма опорного каскада; 20, 21 - клеммы источника пульсирующего тока; 22 - нагрузки теплового или холодильного устройства: 23 - силовой тиристор; 24 - резистор; 25 - конденсатор; 26 - термодатчик как элемент блок-схемы; 27, 28 - клеммы сети переменного напряжения.Термодатчик может быть выполнен в нескольких схемотехнических вариантах.В варианте, показанном на фиг. 1, термодатчик выполняется в тех случаях, когда имеется необходимость одновременного управления нагревательным и холодильным элементами в управляемом объекте, 8 этом случае исполнительные устройства: нагреватель и холодильник одновременно подключены к термодатчику, первый - в соответствии с фиг, 2, второй - в соответствии с фиг. 3. При использовании только нагревательного элемента (фиг, 2) резистор 14 может быть исключен, а эмиттер р-и-р-и- структуры 4 может быть соединен с клеммой 21. При использовании холодильного элемента(фиг. 3) резистор 15 аналогично может быть исключен,В тех случаях, когда термодатчик используется в схемах тепловой защиты и достаточны дискретные значения температуры срабатывания, резисторы 12 и 13 могут быть исключены.Термодатчик может быть выполнен в нескольких конструктивных вариантах. Наиболее целесообразным является выполнение его термозависимого каскада и первого каскада с р-и-р-и-структурой в виде единой интегральной схемы. опорного каскада и второго каскада с р-и-р-п - структурой в виде второй интегральной схемЫ, В этом случае первая интегральная схема может располагаться в зоне регулирования температуры. а вторян в составе обслуживающей аппаряуры В другом варианте45 50 55 термодатчик в целом может быть выполнен в виде интегральной скемы. Этот вариант выполнения позволяет достичь лучшей стабильности работы схемы, однако, в этом случае увеличивается число линий связи между источником питания и термодатчиком. Возможен также вариант, в котором термозависимый каскад из кремниевых диодов выполнен в виде первой интегральной схемы, размещаемой в зоне регулирования температуры, а остальная часть термодатчика - в виде второй интегральной схемы, которая может размещаться вне зоны регулирования температуры.Термодатчик работает следующим образом.При включении источника пульсирующего тока начнет включаться та из р-и - р - п-структур, напряжение включения которой меньше. Возможны два основных варианта действия термодатчика.1, При размещении термочувствительного каскада б (фиг, 1) термодатчика 26 (фиг, 2) в зоне нагреваемой нагрузки 27 напряжение включения первого каскада 1 (фиг, 1) уменьшается (см. фиг. 4), Если напряжение включения второго каскада 2 (фиг, 1) при нормальной температуре выбрано менее, чем напряжение включения второго каскада 2 (фиг. 1) за счет соответствующего выбора числа диодов в цепи 10 или числа стабилитронов в цепи 11, то при повышении температуры нагреваемой эоны р - п-р-пструктура 4 начнет включаться, а р - и - р - и - структура 5 включаться перестанет. Это вызовет отключения тиристора 23 (фиг. 2), выключение нагрузки 22 и охлаждение зоны с термочувствительным каскадом 6 (фиг. 1), При этом вновь включится р - п - р - и-структура 5.2. При размещении термочувствительного каскада б (фиг, 1) термодатчика 26 (фиг.3) в зоне, охлаждаемой при помощи нагрузки 22, напряжение включения первого каскада 1 (фиг, 1) возрастает по мере снижения температуры в охлаждаемой зоне (см. фиг.5). Если напряжение включения второго каскада 2 фиг. 1) эа счет соответствующего выбора числа диодов и стабилитронов выбрано более, чем напряжение включения первого каскада 1, то при снижении температуры зоны начнет включаться р - п-р-пструктура 5, а р-и-р-п-структура 4 включаться перестанет, что вызовет выключение тиристора 23 (фиг. 3) и нагрузки холо.дильника. При этом начнется нагревание зоны с термочувствительным каскадом 6 (фиг,1) и вновь включится р-и-р-п-структура 4,формула изобретения 1. Термодатчик, содержащий диоды, первый и второй каскады с р-и-р-и - структурами и источник пульсирующего тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что между одной из баз р-и-р - и-структуры первого каскада и одной иэ клемм источника пульсирующего тока или одним из эмиттеров р-п-р-и- структуры включен термочувствительный каскад, содержащий цепь иэ по меньшей мере двух последовательно соединенных диодов, между одной из баз р-п-р-и-структуры второго каскада и одной иэ клемм источника пульсирующего тока или одним иэ эмиттеров р-и-р - и-структуры включен опорный каскад. содержащий цепь из по меньшей мере одного термокомпенсированного стабилитрона. второй каскад с р-ир-и-структурой подключен параллельно первому каскаду, р-и-р - и - структуры выполнены с тонкими р- и и-базами; где Юр, ВЬ - толщины р- или и - баэ;Ь, р - диффузионные длины пролета неосновных носителей заряда(электронов и дырок) в соответственно р - и п-базах, одним из эмиттерных р-и - переходов каждой р-и-р - и-структуры эашунтирован резистором с сопротивлением йш, удовлетворяющим условию где щах выл - максимальное значение тока включения р-и-р-п - структур.2, Термодатчик по и, 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что термочувствительный каскад выполнен в виде соединения цепи последовательно соединенных диодов и термонезависимого резистора.3, Термодатчик по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что опорный каскад выполнен в виде последовательного соединения по меньшей мере одного стабилитрона и термонезависимого резистора.