Датчик температуры

Датчик температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к области термометрии и предназначено для измерения температуры протяженных 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 преобразователь , стабилизатор и диод. Датчик температуры также содержит конденсатор, второй диод и резистор. 1 ил.

(и)з G 01 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

C) фь.

Г) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5024182/10 (22) 20.12,91 (46) 15.02.93. Бюл. N.. 6 (76) В,М, Крылов (56) Авторское свидетельство СССР

f4 1264009, кл. G 01 К 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР й. 987411, кл.- G 01 К 7/00. 1981. (54) ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование; изобретение относится к области термометрии и предназначено для измерения температуры протяженных

Изобретение относится к области термометрии и предназначено для измерения температуры протяженных энергосистем, контролируемые точки которых расположены достаточно далеко от считывающей аппаратуры.

Цель изобретения заключается в повышении точности и помехоустойчивости зв счет 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 двухпроводной линии связи, являющимся общей шиной релаксацион ного преобразователя, эмиттер или коллектор этого транзистора соединен с базой второго транзистора. коллектор или эмиттер которого соединен с базой первого транзистора, 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 которого соединен с другим проводом линии связи, вторым резистором, один из выводов которого соединен с вторым выводом диода, второй вывод — c базой первого транзистора, третьим транзистором, размещенным в релаксационном преобразователе, своей базой соединенным с базой второго транзистора. коллектором или эмитте1эом — 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 релаксационного преобразователя, стабилитрона, один из выводов которого подключен к входу преобразователя. второго диода, 2000024 один вывод которого соединен со вторым выводом стабилитрона, а дру ой — 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 Pill, 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 релаксацион ного 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 Pllll, включающий транзисторы 11, 12, 13 и резистор 14. стабилитрон

15, диод 16 и резистор 17. Диод 16 через стабилитрон 15 соединяет вход преобразователя II с проводом 7 линии связи, а резистор 17 соединяет выход преобразователя II с этим же проводом.

Датчик температуры работает следующим образом, При подаче найряжения на провода двухпроводной линии связи от источника питания с ограниченным значением тока напряжение на конденсаторе 5 возрастает с постоянной времени t = Св R»., а релансационные преобразователи I, II. выполненные на транзисторах 1. 2, 3, резисторе 4 и на транзисторах 11, 12, 13, резисторе 14 соо ветственно находятся B закрытом состоянии.

Напряжение на входах РП нарастает и по 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:

Ro+R4 КТ

1О Up (ох ) (1)

R4 е где Ол — напряжение на релаксационном преобразователе напряжения в момент начала отпирания;

КТ вЂ” — тепловой потенциал, равный е

0,025 B при температуре 300 К и пропорциональный ей;

Вв — величина резистора 8;

В4 — величина резистора 4, 1 RS+ В1 КТ

R4 Ra В + 1

I<Ä вЂ” ток второго перехода транзистора 1;

 — статический коэффициент усиления транзистора 1 в линейном режиме.

Напряжение U» связано с током 1в соотношением:

КТ вх

U.x = pp.— кТ - — In-.—, (3) ро где pp — напряжение, равное ширине запрещенной эоны полупроводникового материала при Т = О, равное для Si 1, 2 1В, - температурный коэффициент ширины запрещенной зоны. равный для Si — 0,4 м В /К (минус);

io0 — ток второго перехода транзистора

1, мало зависящий от температуры.

Значение 1оо определяется практически замером U>< для заданного значения I>, при

40 фиксированной температуре и вычисляется по формуле (3). где значение I<, находится по формуле (2) и реально имеет значение

«КТ

=/Р1, ПОРЯДКа НЕСКОЛЬКИХ МиКРОаМПЕР. е

Для кремниевых транзисторов малой мощности в режиме микротоков величиI0x на In â€, — при нормальной температуре ОО принимает значение 21...22, что соответствует Uex = 0,56...0,563 B. Температурная зависимость U> носит линейный характер.

Температурный коэффициент напряжения релаксационного т ермочувствительного преобразователя отрицательный, равный

=0.36%/K

Абсолютное значение крутизны температурной характеристики лежит на уровне

40 мВ/К при напряжении Ол ---- 12l3. Незначительный вклад в темперагурную зависимость около 2 мB/K RHcñè1 диод 16, 2000024 линии связи,отл ича ющий с 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 реíKëþ÷píHûé о цепь делителя напряжения с целью 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 диоде

16, происходит при обратной полярности на конденсаторе 5.

Амплитуда напряжения начала релаксации опорного релаксационного преобразователя слабо зависит от температуры и определяется по формуле:

Up0 = Ост " Uex (4)

1вх = /R14 .

KT

8 (5) где Орс — амплитуда напряжения опорного релаксацион ного преобразователя;

Ue, — напряжение между входом и общей шиной РП;

0с — напряжение на стабилитроне;

R14 — значение резистора 14.

Темпе1 зтурнэя зависимость Upp около

2 мВ/К, отрицательная.

На резисторах 10 и 17 в момент срабатывания релаксационных преобразователей выделяется импульс с постоянной времени спада К1о С5и В1т С;соответственно и крутым передним фронтом. При считывании сигнала с датчика температуры используется разность амплитуд опорного релаксационног0 и термочувствительного релаксационного преобразователей.

В связи с этим вклад, вносимый диодами

9, 16, компенсируется. Ток, потребляемый термочуоствительным релаксационным преобразователем до момента срабатывания, определяется из соотношения 0„/R4, 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 о виде общеи шины релаксационного преобразователя, а 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 преобразооэге я. и через первый резистор — с первым из проводов двухпроводной

40 опорным релаксационным преобразовател ем — U ex /R14, Датчик температуры предназначен, B основном, для работы нэ длинной двухпроводной линии связи, имеющей омическое сопротивление около 100 Ом/км.

Погрешность, вносимая линией связи, будет вычисляться по формуле: (- вх вх )

R14 R4 при условии равенства Rs- R

Практически равенство U»1 и U»il обоих РП выполняется в пределах 5-50 мВ.

Для значений R4 = R14 = 2 ком и омическом сопротивлении линии связи 100 Ом/км погрешность составляет 0,006...0,6 К/км и может быть учтена. С учетом диапазона измерения температуры окружающей среды +.50 С изменение омического сопротивления составит ч:20 . что соответствует трудно учитываемой погрешности

0,0012...0,012 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 термочувствительный, либо опорный релаксационные преобразователи, при этом вырабатывается импульсный сигнал на резисторах 10 и 17 соответственно, Получаемые импульсы могут быть использованы для управления в терморегуляторах без дополнительного усиления и в схемах аварийной и пожарной сигнализации. гоооог4

Редактор

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Мотыль

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3040

Производственно-издательский комбинат "Патент". r, Ужгород, ул.Гагаринэ, 101 ч лаксационным преобразователем, выполненным s виде второго релаксационного преобразователя, идентичного первому релаксационному преобразователю, стабилитрона и второго 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.