Преобразователь температуры в частоту

Преобразователь температуры в частоту

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (и 711381 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.01.77 (21) 2444089/18 10 с присоединением заявки Ле (23) П риоритет

Опубликовано25.01.80. Бюллетень М 3 (51 } М. Кл. б 01 К 7/24

Геаудерстееннмй комитет

СССР не делам наебретений н етеритнй (53 } УД К 536. 53 1 (088.8) Дата опубликования описания 28. 01 8 0 (72) Авторы изобретения

Ч. В. Мачюпайтис и П. П. Мишкинис (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики попупроводников, АН Литовской ССР (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к технике измерения температуры и может быть использовано в системах автоматического контроля и сигнализации.

Известен преобразователь температу5 ры в частоту, содержащий диод, конденсатор и усилитель (1)

Недостатками устройства являются малая чувствительность и сложная схема.

Известен также преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствитепьного элемента, конденсатбр и динистор, образующие замкнутый контур (21

Однако это устройство имеет невысокую чувстви тепьнос ть вспедс твие спабой зависимости частоты генерации or температуры.

?аделью изобретения является повышение чувс твитепьнос ти преобразова тели.

Пос тавленная цель дос тигае тся тем, что в преобразователь температуры в часготу, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствительного элеменra, конденсатор и динистор, образующие замкнутый контур, введены индуктивность, включенная между конденсатором и динисгором, и терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивпения, включенный последовательно с динистором, причем диод подключен параллельно конденсатору, а напряжение его пробоя не больше напряжения вкпючения динис тора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - водьтамперные характеристики динистора и диода; на фиг. 3 — зависимость частоты от температуры; на фиг. 4 — форма импульса тока.

Преобразователь содержит четырехслойную переключающую р-11 — р - т1- трукгуру (динистор) 1, диод (стабипитрон)

2, конденсатор 3, источник питания 4, терморезистор 5, переменный резистор 6, индуктивный элемент 7, нагрузочный.резистор 8, индикатор 9.

Устройство работает следующим образом.

Термочувствигельный стабилигрон 2 и четырехслойная переключающая р — тт- р-p -структура I соединены и согласованы таки м образом, ч ro перекл ючени е последней при подаче питания ог источника 4 происходит лишь тогда, когда проекция точки ее переключения (j Е,, (Зр1 } находится на участке лавинного пробоя вольтамперной характерис гики (BAX) термочувствительнот о стабилитрона 2, т.е. когда напряжение на термочувствигельном стабили роне 2 U сравняется с Ц структуры Х.. Такое условие обеспечивается тем, что напряжение лавинного пробоя (3 < >> стабилитрона 2 (самое начало стабилизации) несколько меньше напряжения включения U четырехслойной p-g-p- p -структуры I (см, фйт. 2).

Последняя переключается из высокоомноГо в проводящее состояние только при достижении напряжения величиной, определ я@мой лишь тем пера тур ой окру жающ ей среды. При достижении напряжением величины Ц к, происходит быстрое переключение р- р -р- g -с труктуры I в ггроаодящее состояние, т.е. ее сопротивление скачком падает. Когда напряжение на термочувствительном стабилитроне 2 и P- q

-р- д-структуре I растет or нуля до 3 . конденсатор 3 заряжается. Зарядившийся до этот.о напряжения конденсатор 3 при этом быстро разряжается через структуру 1 и терморезистор 5.

Однако, как видно на фит. 2, когда величина напряжения смещения приближается к }Х р- т-р- т-стра"ктуры (динистора), начинает заметно проводить ток стабилитрон 2, который подключен параллельно ветви четырехслойной структуры 1. Вследствие этот.о замедляется рост тока через .структуру Х (в нашем случае динис тор), г„е, уменьшается

Q J (дф, что в свою очередь приводит к заметному возрастанию времени задержки g Q p д -p v) -crp)&» Гу pb1 Х (динистора HJIH тирнстора), которое в Qcновном определяется временем накоплени ч заряда Q в области коллеттторнот о перехода. Накопление заряда происходит за счет инжекцни носителей из открытых эмиттерных переходов причем, чем больше протекающий ток, тем сильнее происходит инжекция. Возрастанию величины Г хд также способствует индуктивный характер реактивности элемента 7, так как в начале быстрого разряда конденсатора через открывающуюся структуру Х ток 1 не может быстро возрасти. Это

13й1

5 !

О

g0

4 дополни гепапо умоныпаег Д3 (44 и связаннь1Й с этим темп накопления носи т»лей в коллекгорном псреходе crðóêãópû Х, В случае, когда чегыр ехслойная структура I включена в схемах преобразователей по аналогам и прототипу, величина ДЗ (Qg является постоянной и даже при очень малой ее величине Ь О Д обычно не превышает 10 мкс. Согласование величины (} „p- q-р- р-струк-, туры 1 и U т,р стабилитрона 2, как выше указано, равносильно подаче токовот о импульса на р-ц -p- q-структуру I формы, приведенной на фит. 4. В результате этото С д р- д -р- д -структуры Х возрас тает до нескольких деся тков мс и схема генерирует колебания трапецеидальной формы, плоская часть (вершина импульса} которых обусловлена величиной С с д, С изменением температуры (для определенности T увеличивается} изменяются ве,личины 0 << динис гора (убывает) и Q пр стабилитрона (увеличивается).

Проекция точки U@ > на лавинном участке BAX стабилитрона при этом быстро перемещается в сторону меньших токов и С,- д быстро убывает. Пока форма колебаний является трапецеидальной, r.e. на вершине импульса имеется плоская часть, соответствующая времени С од, зависимость g (Т) является очень резкой, участок Х на фит. 3. При дальнейшем росте Т С с д =0 и форма т еттерируемых импульсов, становится пилообразной. Зависимость $ (Т) при этом является более слабой, участок ХХ на фиг. 3.

Такая чувствительнос ть преобразователя соответствовала бы чувствительности преобразователей, указанных в качестве про-. тотипа и анаттот"а, если бы в предлатаемой схеме отсутствовал дополнительно введенный терморезисгор 7 с отрицательным коэффициентом сопротивления. Таким об разом, даже на участке ХХ крутизна зависимости (Т) в предлагаемом преобразователе больше, чем для случая анало гов и прототипа. Итак, частота тенерируемых колебаний при постоянной величине сопротивления резистора 6 or Т зависит не монотонно, а имеет два участка. 1— сильной и 11 — относительно слабой зависимостей (Т}, фит. 3. Участок 1 сильной зависимости при R -ССПМ используется для определения (Контроля) малых значений,Т вЂ” реализуется высокая чувствительность датчика в узком интервале Т. Участок II зависимости позволчет без перестройки схемьt измерить и/или контролировать Т с более низкой

711381 6 м Датчик температуры может найти широкое применение в области автоматического дистанционного определения или контроля температуры. Главным его превосходством является ro, что он обладает высокой чувствительностью в широком интервале температур. разрешающей способностью, но в широко интервале Т.

Слец ющая важ ая особенность данного изобретения, возможность передвижения участка высокой чувствительности

f (Т) относительно оси Т (см. фиг. 3 участок I). Это достигается изменением величины сопротивления резистора %, Увеличение RQ ведет к возрастанию дифференциального сопротивления стабилиг- 10 рона 2 на лавинном участке его ВАХ (см. на фиг. 2, случай б). При этом переключение р- р -р- р трук туры происходит при меньшем общем гоке 3р,., при

Т вЂ” g0qgQ (фиг. 2, б). Таким образом, схема легко настраивается в режим высокой чувствительности в любой точке участка I I зависимости (Т).

Предлагаемый преобразователь температуры в частоту позволяет определять и/или контролировать малые флуктуации температуры как or заданной, raK 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 g g.. Чувствительность, достигаемая при этом даже на участке II выше, чем у прототипа и аналогов.

Формула изобретения

Преобразователь температуры в частоту, содержащий обратносмещенный диод в качестве термочувствительного элеменга, конденсатор и динистор, образующие замкнутый контур, о r л и ч а ю m и й— с я reM, что, с цельо повышения чувствительности, s него введены индуктивность, включенная между конденсатором и динисгором, и герморезистор с отрицательным коэффициентом, сопротивления, включенный последователько с динистором, причем диод подключен параплельно конденсатору, а напряжение elo пробоя не больше напряжения включения динис тора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N0 135259, кл. (5 01 К 7716, 1960.

2. Кривоносов А. И. Полупроводниковые датчики температуры. "Энергия", M., 1974, с. 109-112.