CS240382B1 - Zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod - Google Patents

Abstract

Účelem zařízení je vytvořit jednoduché zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod, které měří s přípustnou chybou a s podstatně kratší dobou měření než dosud známá zařízení. , Tento účel splňuje zařízení tvořené třemi analogově-číslicovými převodníky. Vstup jednoho převodníku je připojen na měřič teploty, vstup druhého na společný bod sériové kombinace stabilního odporu a Guhnovy diody, jejíž druhý pól je uzemněn a vstup třetího převodníku je připojen na druhý konec stabilního odporu. Odpor je tímto koncem zároveň přes klíč, ovládaný povelem START a připojený na výstup stejnosměrného napájecího . zdroje, spojen se synchronizačními vstupy analogově-číslicových převodníků. Na synchronizační vstupy je zároveň připojen výstup zpožďovače, jehož vstup je ovládán povelem START. Na výstupy převodníků lze zařadit vyhodnocovací jednotku. Zařízení lze s výhodou použít i jako výstupní kontrolu při výrobě.

Description

Vynález se týká zařízení pro měření tepelného odporu Gunrrových diod, které je založeno na využití extrapolsční metody.

Při stanovování tepelného odporu GUnnových diod je třeba stanovit nepřímou metodou teplotu diody v určitých, přesně definovaných podmínkách. K -tomu účelu se využívá závislost proudu diodou na teplotě. Tyto změny jsou však velmi malé, asi 8 až 10 % při změně teploty zhruba o 30 °C. Navíc je nutně vlastní měření proudu provádět při daném 'napětí velmi rychle, abý zahřátí diody bylo zanedbatelné a teplota okolí -mohla být považována za teplotu diody.

Doposud známé zařízení užívá interpolační metodu pro nepřímé zjištěni teploty aktivní vrstvy Gunnovy diody, která Je podstatně složitější, pracnější a doba, měření je cca 10 minut při automatizaci. Toto za/ řízení používá termostaty a speciální impulsní generátor a vyžaduje složitý kalibrační postup.'

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod podle vynálezu. Jeho podstatou je, že Je tvořeno třemi analogpvě-číslicový> mi převodníky, kde vstup Jednoho je připojen na měřič teploty držáku Gunnovy diody, vstup druhého je připojen na společný bod sériové kombinace stabilního odpořu a Gunnovy diody, jejíž druhý pól je uzemněn a vstup třetího je připojen na druhý konec stabilního odporu. Tento konec stabilního odporu je přes klíč, ovládaný povelovým tlačítkem pro start a připojený na výstup zdroje konstantního stejnosměrného napětí, spojen se synchronizačními vstupy analogově-číslicových převodníků, na něž je zároveň připojen výstup zpožďovače se vstupem spojeným s tlačítkem pro stárt.

Na výstup převodníků lze připojit vyhodnocovací jednotku.

Zařízeni může míf též mikroprocesor se vstup-výstup interfejsem, na nějž je připojeno tlačítko pro start, synchronizační vstupy tři analogově-číslicových převodníků.

Oproti zařízení, založenému na interpo• lační metodě, odpadá v tomto případě nutnost používání termostatů a impulsního generátoru. Zjednoduší se kalibrace zařízení a vlastni doba .měření se zkracuje z původních cca 10 minut na méně než minutu při zvýšení přesnosti přibližně ná dvojnásobek. Zařízení je vhodné pro plně automatizovaný provoz použitím libovolného mikroprocesoru. Pořizovací páklady jsou velmi nízké, neboť jedinou nákladnější součástí zařízení je buď impulsní voltmetr, nebo jiný rychlý analogově-čísllcový převodník obdobných parametrů, tj. s dobou vzorkování 100 nsec a přesností lepší než 1 %.

Příklad zařízení podle vynálezu je znázorněn schematicky na přiložených výkresech 1 a 2. Na obr. 1 je zařízení se třemi_>(anatógově-číslicovými převodníky a na obr. 2 je zařízení s jedním analogově-číslicovým převodníkem.

Zařízení na obr. 1 sestává ze zdroje 1 konstantního stejnosměrného napětí, klíče 2, analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5, měřiče 6 teploty, zpožďovače 7 a jednoduché vyhodnocovací jednotky 8.

Vstup prvního analogově-číslicového převodníku 5 je připojen na měřič 6 teploty držáku Gunnovy djody D. Vstup druhého analogově-číslicoyého převodníku 3 je při-, pojen na společný bod sériové kóipbinace stabilního odporů R a Gunnovy diody D, jejíž dfuhý pól je uzemněn. Vstup analogově-číslicového převodníku 4 je připojen na druhý konec stabilního odporu R, který je zároveň přes klíč 2, ovládaný povelovým tlačítkem Γ1 pro start a připojený na výstupstejnosměrného napájecího zdroje 1, spojen se syUchrozničaními vstupy analogově-číslicových převodníků 3, 4 a 5. Na tyto vstupy je též připojen'výstup zpožďovače 7, jehož vstup, je ovládán pomocí povelového tlačítka 11 pro start. Na výstup analogově-číslicových¹ převodníků 3, 4, 5 je připojena vyhodnocovací jednotka 8. K plné automatizaci je možno aplikovat libovolný mikropro'cesor 9, ve schématu, kresleno čárkovaně, který nahradí zpožďovač, umožní tisk protokolu, výměnu, diooď apod. Mikroprocesor 9 má vstup-výstup interfejs 10, na nějž je připojeno povelové tlačítko 11 pro start a synchronizační' vstupy analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5. Mikroprocesor 9 může' být spojen s výstupním zařízením 12, například displejem, tiskárnou a podobně.

Zařízení je založeno na extrapolační metodě měřeni, která vychází z poznatku, že pro závislost proudu Gunnovou diodou D na absolutní teplotě platí vztah _T konstanta .<

j;; . . (i) kde

I_d je proud Dunnovou diodou D,

T je absolutní teplota.

V uvažované oblasti teplot cca —20 ⁰ až 50 °C platí tento vztah s dostatečnou přesností.

Tepelný odpqr Gunnovy .diody D, defirtovaný vztahem

R_T = - ^Ap^Tss ' (2) kde ' ·

P je příkon, jímž je Gunnova dioda D napájena, a

Δ T_ss je přírůstek teploty Gunnovy diody D, vyvolaný příkonem P, lze pak stanovit extrapolací na místě dříve používané interpolace. S použitím vztahu (1) plyne po úpravách pro tepelný odpor R_T, že (li I_5S) T_t

I²SS. U_o (3) kde li je proud Gunnovou diodou D při teplotě okolí T_b

I_ss je proud Gunnovou diodou D při ustálené teplotě T_ss,

R_T = R . Ti ' Ue-Uol (U_c — u_ss)² u_ol kde ‘

U_c je napětí na sériové kombinaci stabilní odpor R — Gunnova dioda D,

U_ol je napětí na Gunnově. diodě D na začátku měření,

U_ss je napětí na Gunnově diodě D po době zpoždění.

Z tohoto vztahu se vychází při vlastním měření.

Zařízení pracuje tak, že po stisknutí povelového tlačítka 11 pro start sepne klíč 2 a připojí zdroj 1 konstantního stejnosměrného. napětí na sériovou kombinaci stabilního odporu R a Gunnovy diody D.

V čase kratším než 100 nsec, který za daných, podmínek plyne z přípustného ohřátí aktivní vrstvy Gunnovy diody D, se změří pomocí analogově-číslicových převodníků 3, 4, 5 veličiny U_;., U_o, a. T_t. Po vyhřátí aktivní vrstvy, daném příkonem, aplikovaným po dobu zpoždění zvolenou s ohledem na tepelnou kapacitu· držáku Gunnovy diody D, se změří veličiny U_c, U_ss a lý. Výsledek měření se buď vyhodnoť podle čtvrtého vztahu, nebo lze použít velmi jednoduchou aritmeticko-logickou vyhodnocovací jednotku 8, případně mikroprocesor 9 ve spojení s výstupním zařízením 12, například displejem, tiskárnou, televizní obrazpvkou apod., na němž se zobrazí výsledek měření. Analogo6

U_o je konstantní napětí, udržované ná diodě.

Protože proudy při měření se stanovují z úbytků napětí, na stabilním odporu R platí (U_c-U_ss) u_ss ¹² vě-číslicové převodníky 3, 4, 5 slouží pak jako vstupy dat pro tento mikroprocesor.

Zařízení na obr. 2 má pouze jeden analogově-číslicový převodník 30. Na jeho vstup je připojen třípolohový přepínač 20. V první poloze 21 je vstup analogově-číslicového převodníku 30 spojen se společným bodem sériové kombinace stabilního odporu R a Gunnovy diody D. V druhé poloze 22 je na vstup analogově-číslicového převodníku 30 připojen výstup klíče 2 a v třetí poloze 23 výstup měřiče 6 teploty.

Jinak je zařízení zapojeno jako na obr. 1, a i zde lze zařadit mikroprocesor 9, na jehož vstup-výstup interfejs 10 je připojeno povelové tlačítko 11 pro start, synchronizační vstup analogově-číslicového převodníku 30 a třípolohový přepínač 20.

Funkce zařízení je v podstatě stejná j'ako u obr. 1. Při vhodném provedení se veličiny U_c a Ti během měření' nebudou měnit v rámci přípustných chyb a není nutno je . měřit současně. Proto je možné nahradit tři analogově-číslicové převodníky pouze jedním, na jehož vstupu je třípolohový přepínač 20. '

Zařízení podle vynálezu lze použít s výhodou i jako výstupní kontrolní zařízení při výrobě.

Claims (3)

•PŘEDMĚT
1. .. 1. Zařízení pro měření tepelného odporu Gunnových diod vyznačené tím, že je tvořeno třemi analogově-číslicovými převodníky (3, 4, 5J, kde vstup prvního analogově-číslicového převodníku (5) je připojen na měřič (6) teploty držáku Gunnovy diody (DJ, vstup druhého analogově-číslicového převodníku (3J je připojen na společný bod sériové kombinace stabilního odporu (R) a Gunnovy diody (DJ, jejíž druhý pól je uzemněn a vstup třetího analogově-číslicového převodníku (4) je připojen na druhý konec stabilního odporu (R), který je zároveň připojen na klíč (2J, spojený s tlačítkem (11) pro start a připojený na výstup zdroje (1)

   VYNÁLEZU konstantního stejnosměrného napětí, přičemž klíč (2) je spojen se synchronizačními vstupy analogově-číslicových převodníků (3, 4, 5), na které je rovněž připojen výstup zpoždovače (7J.se vstupem spojený s tlačítkem (11) pro start.
2. 2. Zařízení podle bodu 1 vyznačené tím, že na výstup analogově-číslicových převodníků (3, 4, 5) je připojen vstup vyhodnocovací jednotky (8).
3. 3. Zařízení podle bodů 1' a 2 vyznačené tím, že tlačítko (11) pro start, synchronizační vstupy analogově-číslicových převodníků (3, 4, 5) jsou připojeny na vstup-výstup interfejs (10) mikroprocesoru (9J.