JPS6311610B2 - - Google Patents

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JPS6311610B2
JPS6311610B2 JP10232978A JP10232978A JPS6311610B2 JP S6311610 B2 JPS6311610 B2 JP S6311610B2 JP 10232978 A JP10232978 A JP 10232978A JP 10232978 A JP10232978 A JP 10232978A JP S6311610 B2 JPS6311610 B2 JP S6311610B2
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Japan
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transistor
temperature
circuit
temperature difference
voltage
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JP10232978A
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Japanese (ja)
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Yukio Yamauchi
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Hochiki Corp
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Publication date
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Priority to FR7921405A priority patent/FR2434376A1/en
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、火災感知器等に使用される温度差
検出装置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in temperature difference detection devices used in fire detectors and the like.

ダイオードのPN接合の順方向電圧降下(以下
「順電圧」という)は、順方向電流(以下「順電
流」という)を一定にした時、広い温度範囲で直
線的に変化する。このため、ダイオードは安定し
た信頼性の高い温度検出素子として広く用いられ
ている。第1図にダイオードの順電圧温度特性の
一例を示す。このダイオードの性質を利用した従
来の異常温度上昇検出装置の1例を第2図に示
す。同図において、1は抵抗R1とダイオードD1
からなる検出部で、抵抗R1によつてその順電流
が規定される。2は抵抗R2、可変抵抗VR1
VR2、ツエナーダイオードVZ1からなる基準電圧
発生回路で、ダイオードD1の順電圧V0に近い所
定の電圧V1,V2を出力する。3は抵抗R3,R4
増幅器A1からなる増幅回路で、検出部1の出力
V0と基準電圧発生回路2の出力V1との差を増幅
し、出力する。4はコンデンサC1、抵抗R5から
なる微分回路で、増幅回路3の出力の変化率に比
例した電圧を出力する。5は増幅器A2からなる
比較回路で、微分回路4の出力と基準電圧発生回
路2のもう1つの出力V2とを比較して、微分回
路4の出力がV2を越えたとき出力する。6はサ
イリスタSCR1、抵抗R6,R7よりなるスイツチン
グ回路で、比較回路5の出力に応じてスイツチ
し、警報器7を作動し警報を発生する。この回路
の動作状態を説明するタイムチヤートを第3図に
示す。
The forward voltage drop (hereinafter referred to as "forward voltage") of the PN junction of a diode changes linearly over a wide temperature range when the forward direction current (hereinafter referred to as "forward current") is held constant. For this reason, diodes are widely used as stable and highly reliable temperature sensing elements. FIG. 1 shows an example of the forward voltage temperature characteristics of a diode. FIG. 2 shows an example of a conventional abnormal temperature rise detection device that utilizes the properties of this diode. In the same figure, 1 is a resistor R 1 and a diode D 1
The forward current is defined by the resistor R1 . 2 is resistance R 2 , variable resistance VR 1 ,
A reference voltage generation circuit consisting of VR 2 and a Zener diode VZ 1 outputs predetermined voltages V 1 and V 2 close to the forward voltage V 0 of the diode D 1 . 3 is resistance R 3 , R 4 ,
An amplifier circuit consisting of amplifier A1 , which outputs the output of detection section 1.
The difference between V 0 and the output V 1 of the reference voltage generation circuit 2 is amplified and output. 4 is a differentiator circuit consisting of a capacitor C 1 and a resistor R 5 , which outputs a voltage proportional to the rate of change of the output of the amplifier circuit 3. Reference numeral 5 denotes a comparator circuit consisting of an amplifier A2 , which compares the output of the differentiating circuit 4 with another output V2 of the reference voltage generating circuit 2, and outputs an output when the output of the differentiating circuit 4 exceeds V2 . Reference numeral 6 denotes a switching circuit consisting of a thyristor SCR 1 and resistors R 6 and R 7 , which is switched in accordance with the output of the comparator circuit 5 to activate the alarm 7 and generate an alarm. A time chart illustrating the operating state of this circuit is shown in FIG.

第2図に示すような構成の異常温度上昇検出装
置の問題点の1つは、ダイオードの順電圧に対し
て温度によつて変化する電圧の割合が微少なた
め、温度の影響を受けない精密な基準電圧を設
け、その基準電圧とダイオードの順電圧との差を
増幅する必要があるということである。温度によ
る影響の少ない基準電圧は、例えば温度補償形の
ツエナーダイオードを使用することにより得られ
るが、このようなツエナーダイオードは一般に高
価である。
One of the problems with the abnormal temperature rise detection device configured as shown in Figure 2 is that the ratio of the voltage that changes with temperature to the forward voltage of the diode is small, so it is impossible to use a precision device that is not affected by temperature. This means that it is necessary to provide a reference voltage and amplify the difference between the reference voltage and the forward voltage of the diode. A reference voltage that is less affected by temperature can be obtained, for example, by using a temperature-compensated Zener diode, but such Zener diodes are generally expensive.

また、一般にダイオードの順電圧は一定のバラ
ツキをもつており、そのバラツキを吸収するため
に、各感知器について基準電圧V1を調整しなけ
ればならないことも問題点となつている。
Another problem is that the forward voltage of a diode generally has a certain variation, and in order to absorb this variation, the reference voltage V 1 must be adjusted for each sensor.

さらに、他の問題点としてあげられることは、
温度変化率、すなわち温度上昇率の検出を行なう
ために、微分回路のような変化率検出回路を必要
とすることである。一般に火災の検出を有効に行
なうためには、微分回路の時定数を少なくとも数
分に選ぶ必要があり、このような時定数を実現す
るためには、抵抗値の大きな抵抗と容量の大きな
コンデンサとが必要となる。また、微分回路にそ
のような大きな時定数を選んだ場合、回路に電源
を投入してから回路が安定状態に達するまでの時
間は、微分回路の時定数と同程度必要になる。こ
れは、安定状態になるまでの間、温度検出装置と
して作動しないことであり、火災感知器のような
装置としては重大な問題である。
Furthermore, other problems can be raised, such as:
In order to detect the rate of temperature change, that is, the rate of temperature rise, a rate of change detection circuit such as a differential circuit is required. Generally, in order to effectively detect a fire, it is necessary to select the time constant of the differentiator circuit to be at least several minutes.To achieve such a time constant, a resistor with a large resistance value, a capacitor with a large capacitance, and a capacitor with a large resistance value are used. Is required. Furthermore, if such a large time constant is selected for the differentiating circuit, the time from when the power is turned on to the circuit until the circuit reaches a stable state will be approximately the same as the time constant of the differentiating circuit. This means that the temperature detection device does not operate until it reaches a stable state, which is a serious problem for devices such as fire detectors.

この発明は、上述のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、検出用ダイオードとしてトランジス
タのPN接合部を利用し、その順電圧の温度変化
をそのトランジスタ自身で増幅することにより増
幅回路を省略し、さらにトランジスタを2個使用
し、その熱時定数を異ならせると共に、両トラン
ジスタはエミツタと電源との間に夫々ほぼ同じ値
いの抵抗を挿入することにより、基準電圧発生回
路および微分回路を省略し、簡易かつ安価で、信
頼性の高い異常温度上昇検出機能を備えた温度差
検出装置を提供しようとするものである。
This invention was made in view of the above-mentioned problems, and eliminates the need for an amplifier circuit by using the PN junction of a transistor as a detection diode and amplifying the temperature change in its forward voltage with the transistor itself. In addition, by using two transistors with different thermal time constants and inserting resistors of approximately the same value between the emitters and the power supply of both transistors, the reference voltage generation circuit and differentiation circuit can be configured. The present invention is intended to provide a temperature difference detection device that is simple, inexpensive, and has a highly reliable abnormal temperature rise detection function.

以下この発明の一実施例を図面に基づきながら
説明する。第4図に実施例の回路図を示す。同図
において、検出部1は電気的特性が略等しく、熱
時定数の異なる2つのトランジスタTr1,Tr2
抵抗R1〜R11とから構成されている。今、仮りに
トランジスタTr2の方がTr1より熱時定数が大き
くなるように構成されているものとする。Tr2
コレクタ・ベース間が短絡されダイオードとして
(ダイオード接続)使用されている。比較回路5
はNゲートサイリスタSCR2と、抵抗R12〜R14
から構成され、検出部1の2つの出力の差が一定
値を越えたとき出力する。スイツチング回路6は
サイリスタSCR3で構成され、比較回路5の出力
に応じてスイツチし、警報器7等を作動し、警報
を発する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows a circuit diagram of the embodiment. In the figure, a detection unit 1 is composed of two transistors Tr 1 and Tr 2 having substantially the same electrical characteristics and different thermal time constants, and resistors R 1 to R 11 . Assume now that the transistor Tr 2 is configured to have a larger thermal time constant than the transistor Tr 1 . Tr 2 has its collector and base shorted and is used as a diode (diode connection). Comparison circuit 5
is composed of an N-gate thyristor SCR 2 and resistors R 12 to R 14 , and outputs an output when the difference between the two outputs of the detection section 1 exceeds a certain value. The switching circuit 6 is composed of a thyristor SCR 3 , which switches according to the output of the comparator circuit 5, activates the alarm 7, etc., and issues an alarm.

次に検出部1の動作について詳述する。一般に
特性の同一な2つのトランジスタTr1,Tr2が同
一環境にあり、そのコレクタ電流がそれぞれI1
I2に保たれているとき、それぞれのトランジスタ
のPN接合部の順電圧であるベース・エミツタ電
圧VBE1,VBE2の差は、次式で表わされる関係に従
う。
Next, the operation of the detection section 1 will be explained in detail. In general, two transistors Tr 1 and Tr 2 with the same characteristics are in the same environment, and their collector currents are I 1 and Tr 2, respectively.
When maintained at I 2 , the difference between the base-emitter voltages V BE1 and V BE2 , which are the forward voltages of the PN junctions of each transistor, follows the relationship expressed by the following equation.

VBE2−VBE1=kT/qln(I2/I1) (1) ここに、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、
qは電子電荷である。(1)式は、PN接合ダイオー
ドの電気的特性を表わす一般式 より導き出されるものである。(2)式において、Is
はPN接合部の逆方向飽和電流、VはPN接合電
圧である。検出部1において、 VBE1+I1R10=VBE2+I2R11 (3) が成り立つので、Tr1,Tr2が同一特性で増幅率
hfeが十分大きく、また給電電圧(V+−V-)=E
が十分大きく、R8+R9≫R11で、I2がI2≒E/
(R8+R9)で決定されるとし、Tr1,Tr2が同一
温度であれば、(1)式を利用して、 ln(I2/I1)=q/kT(I1R10−I2R11) (4) ここでR10=R11ならば、 I1=I2=E/R8+R9 (5) すなわち、I1,I2は相等しく温度に無関係に一
定となる。
V BE2 −V BE1 = kT/qln(I 2 /I 1 ) (1) Here, k is Boltzmann constant, T is absolute temperature,
q is the electronic charge. Equation (1) is a general equation expressing the electrical characteristics of a PN junction diode. It is derived from this. In equation (2), Is
is the reverse saturation current of the PN junction, and V is the PN junction voltage. In the detection section 1, V BE1 + I 1 R 10 = V BE2 + I 2 R 11 (3) holds true, so Tr 1 and Tr 2 have the same characteristics and amplification factor.
hfe is sufficiently large and supply voltage (V + −V - ) = E
is sufficiently large, R 8 + R 9 ≫ R 11 , and I 2 is I 2 ≒ E/
(R 8 + R 9 ), and if Tr 1 and Tr 2 are at the same temperature, using equation (1), ln (I 2 / I 1 ) = q/kT (I 1 R 10 −I 2 R 11 ) (4) Here, if R 10 = R 11 , I 1 = I 2 = E/R 8 + R 9 (5) In other words, I 1 and I 2 are equal and constant regardless of temperature. Become.

トランジスタTr1の温度が、トランジスタTr2
の温度より一定値△T(deg.)だけ高くなつた場
合は、次のようになる。この時Tr1のベース・エ
ミツタ電圧の変化△VBE1は、 △VBE1=△VBE1′(T)△T+VBE1′(I1)△I1 =−C△T+kT/q △I1/I2 (6) 但し、C=k/qln(I2/I1)であり、Tr1とTr2との 差が微少でTr1のみ変化しているものとする。T
はトランジスタTr2の温度である。ここではトラ
ンジスタによつて決まる定数、I2=I10、I1=I10
△I1とする。
The temperature of transistor Tr 1 is the same as that of transistor Tr 2
When the temperature increases by a constant value △T (deg.), the following happens. At this time, the change in base-emitter voltage of Tr 1 △V BE1 is as follows: △V BE1 = △V BE1 ′(T) △T+V BE1 ′(I 1 ) △I 1 = −C△T+kT/q △I 1 /I 2 (6) However, it is assumed that C=k/qln (I 2 /I 1 ), and that the difference between Tr 1 and Tr 2 is minute and only Tr 1 is changing. T
is the temperature of transistor Tr2 . Here, the constants determined by the transistor, I 2 = I 10 , I 1 = I 10 +
Let △I be 1 .

また、(3)式において右辺は一定である事から △VBE1+△I1R10=0 (7) (6)、(7)式より△VBE1を消去し、△Tと△I1の関
係を求めると、 △I1=C△T/R10(kT/I2R10q+1)=A・△T (8) AはTr1とTr2の間に温度差を生じた時、単位
温度差によるTr1のコレクタ電流I1の変化分を示
す量である。係数Aの温度依存性は、その分母の
第1項(kT/I2R10q)によつて決まり、温度が高く なるにつれて小さくなる性質をもつが、I2(=I10
およびR10(=R11)を適当に定め、(I2×R10)を
適当な大きさに保つことにより、例えば火災感知
器の通常の使用温度範囲(0℃〜100℃;273〓〜
373〓)での変化を微小にすることができる。ま
た、後述するように比較回路5に使用する検出素
子の温度特性にあうように、R10およびI2を適当
に選び、検出温度差の温度依存特性を少なくする
ことができる。
Also, since the right side of equation (3) is constant, △V BE1 + △I 1 R 10 = 0 (7) (6) and △V BE1 is eliminated from equations (7), and △T and △I 1 To find the relationship, △I 1 = C△T/R 10 (kT/I 2 R 10 q+1) = A・△T (8) When A creates a temperature difference between Tr 1 and Tr 2 , This is a quantity indicating a change in the collector current I1 of Tr1 due to a unit temperature difference. The temperature dependence of the coefficient A is determined by the first term of its denominator (kT/I 2 R 10 q), and has the property of decreasing as the temperature increases, but I 2 (=I 10 )
By appropriately determining and R 10 (=R 11 ) and keeping (I 2 × R 10 ) at an appropriate size, for example, the normal operating temperature range of a fire detector (0°C to 100°C; 273〓 to
373〓) can be minimized. Further, as will be described later, by appropriately selecting R 10 and I 2 to match the temperature characteristics of the detection element used in the comparison circuit 5, it is possible to reduce the temperature dependence characteristics of the detected temperature difference.

(8)式において、kおよびqは物理学的に定めら
れた定数で、k=1.38054×10-23(J・K-1)、q
=1.60210×10-19(C)である。例えばR1=5(K
Ω)、I2=I10=15(uA)、(R1×I2)=0.075に選んだ
とすると、0℃(273〓)の時のAの値を「1」
とした時、100℃(373〓)の時Aの値は約0.92と
なる。(R1×I2)=0.06とすれば、100℃(373〓)
の時のAの値は約0.9となる。すなわち、(R1×
I2)>0.06とすれば、0℃(273〓)から100℃
(373〓)までの温度差検出の誤差を10%以内にす
ることができる。この誤差10%以内というのは、
火災感知器用としては十分な数値である。
In equation (8), k and q are physically determined constants, k=1.38054×10 -23 (J・K -1 ), q
= 1.60210×10 -19 (C). For example, R 1 = 5(K
Ω), I 2 = I 10 = 15 (uA), (R 1 × I 2 ) = 0.075, then the value of A at 0°C (273〓) is “1”.
When the temperature is 100℃ (373〓), the value of A is approximately 0.92. If (R 1 × I 2 ) = 0.06, 100℃ (373〓)
The value of A when is approximately 0.9. That is, (R 1 ×
If I 2 ) > 0.06, from 0℃ (273〓) to 100℃
The error in detecting temperature differences up to (373〓) can be kept within 10%. This error within 10% means
This is a sufficient value for a fire detector.

次に第4図の回路について具体的な動作を説明
する。同図の検出部1において、R7=R8、R10
R11となつているとする。トランジスタTr1,Tr2
の温度が同一であれば、(5)式に示したようにそれ
ぞれのトランジスタのコレクタ電流I1,I2は等し
く、温度によらず一定である。このとき、R7
R8であれば、それぞれの抵抗に生じる電圧降下
V1,V2は相等しく、比較回路5は出力を生ぜず、
従つてスイツチング回路6も動作しない。通常の
気温の変化のようにゆつくりした温度変化に対し
ては、トランジスタTr1,Tr2の温度もそれに追
従して変化し、その温度が相等しいので上述のよ
うに装置は警報を発しない。
Next, the specific operation of the circuit shown in FIG. 4 will be explained. In the detection unit 1 in the figure, R 7 = R 8 , R 10 =
Suppose that R is 11 . Transistors Tr 1 , Tr 2
If the temperatures are the same, the collector currents I 1 and I 2 of each transistor are equal and constant regardless of temperature, as shown in equation (5). At this time, R 7 =
If R 8 , the voltage drop across each resistor
V 1 and V 2 are equal, the comparator circuit 5 does not produce an output,
Therefore, switching circuit 6 also does not operate. When the temperature changes slowly, such as a normal temperature change, the temperature of transistors Tr 1 and Tr 2 changes accordingly, and since the temperatures are equal, the device does not issue an alarm as described above. .

火災等の原因で検出部1の温度が急激に上昇し
た場合の動作は次のようになる。Tr1の方がTr2
より熱時定数が小さいので、Tr1の温度は周囲の
温度変化に追従して上昇するが、一方Tr2の温度
は、その熱時定数が大きいので周囲の温度変化に
対してゆつくり追従する。従つて、Tr1,Tr2
間にはある温度差が生じる。この温度差はTr1
コレクタ電流I1を、(8)式に従つて増加させる。I1
が増加すると、抵抗R7の電圧降下V1が増加し、
従つてV1とV2との間に電位差が生じる。その電
位差がある一定値を越えた時、比較回路5が出力
し、スイツチング回路6がスイツチし、警報器7
が作動して警報が発せられる。第5図に以上の動
作を説明するタイムチヤートを示す。
The operation when the temperature of the detection unit 1 suddenly rises due to a fire or the like is as follows. Tr 1 is better than Tr 2
Since the thermal time constant is smaller, the temperature of Tr 1 rises following changes in the surrounding temperature, whereas the temperature of Tr 2 follows the changes in the surrounding temperature more slowly because its thermal time constant is larger. . Therefore, a certain temperature difference occurs between Tr 1 and Tr 2 . This temperature difference causes the collector current I 1 of Tr 1 to increase according to equation (8). I 1
As increases, the voltage drop V 1 across resistor R 7 increases,
Therefore, a potential difference occurs between V 1 and V 2 . When the potential difference exceeds a certain value, the comparison circuit 5 outputs an output, the switching circuit 6 switches, and the alarm 7
is activated and an alarm is issued. FIG. 5 shows a time chart explaining the above operation.

第6図は、この発明に係る検出部の他の実施例
である。第4図との対応では、トランジスタTr2
に直列に電界効果トランジスタFET、抵抗R9
らなる定電流回路8が挿入されている。この定電
流回路8は、回路電圧(V+−V-=E)の変動に
よるI2(=I10)の変動をなくし、回路の動作を安
定させる働きをする。
FIG. 6 shows another embodiment of the detection section according to the present invention. In correspondence with Fig. 4, the transistor Tr 2
A constant current circuit 8 consisting of a field effect transistor FET and a resistor R9 is inserted in series with the circuit. This constant current circuit 8 functions to eliminate fluctuations in I 2 (=I 10 ) due to fluctuations in circuit voltage (V + −V =E) and stabilize the operation of the circuit.

なお、上述の説明は検出用トランジスタを
NPNタイプのものに限つてなされたが、勿論
PNPタイプのトランジスタを使用しても全く同
様である。
Note that the above explanation assumes that the detection transistor is
This was done only for the NPN type, but of course
It is exactly the same even if a PNP type transistor is used.

また、上述においてトランジスタTr2の熱時定
数を大きくとり、これを基準用トランジスタと
し、トランジスタTr1の熱時定数を小さくし、こ
れを検出用トランジスタとして用いたが、熱時定
数の関係を全く逆にして、トランジスタTr1を基
準用トランジスタ、トランジスタTr2を検出用ト
ランジスタとしてもよい。この場合、トランジス
タTr2の温度が上昇すると、コレクタ電流I1が減
少するような動作になる。
In addition, in the above, the thermal time constant of transistor Tr 2 was set large and used as a reference transistor, and the thermal time constant of transistor Tr 1 was set small and used as a detection transistor, but the relationship between the thermal time constants was completely changed. Conversely, the transistor Tr 1 may be used as a reference transistor and the transistor Tr 2 may be used as a detection transistor. In this case, when the temperature of the transistor Tr 2 increases, the collector current I 1 decreases.

次に、第4図における検出部1と比較回路5と
の関係について詳説する。同図において、比較回
路5の電位差検出素子としてNゲートサイリスタ
SCR2を使用しているのは、大いに意義がある。
第7図a,bにNゲートサイリスタの基本的構造
とその等価回路を示す。サイリスタはPNPN構
造をもつ半導体で、その中間のN層にガードをも
つたNゲートタイプと、P層にゲートをもつたP
ゲートタイプのものとがある。第7図ではNゲー
トタイプのものが示されているが、このような構
造をもつサイリスタは一般に、PNPタイプのト
ランジスタα1とNPNタイプとトランジスタα2
コレクタ・ベース間を相互に接続したものと等価
であるとされている(第7図b)。今、ゲート(G)
電圧をアノード(A)電圧と等しくしてゲートに電流
が流れないようにし、アノード(A)に正、カソード
(K)に負の電圧を与えると、第7図aのN1・P2
が逆バイアスとなり、サイリスタはOFF状態に
なる。この状態でゲート(G)の電圧を徐々に下げて
いくと、アノード(A)・ゲート(G)間にP1、N1の間
のPN接合部を通して電流が流れる。この電流が
ある一定値を越えたとき、サイリスタはON状態
に移る。この時のアノード(A)・ゲート(G)間の電圧
VAGは、第7図bに示したトランジスタα1のベー
ス・エミツタ間電圧VBE1に他ならない。
Next, the relationship between the detection section 1 and the comparison circuit 5 in FIG. 4 will be explained in detail. In the figure, an N-gate thyristor is used as the potential difference detection element of the comparator circuit 5.
Using SCR 2 makes a lot of sense.
Figures 7a and 7b show the basic structure of an N-gate thyristor and its equivalent circuit. Thyristors are semiconductors with a PNPN structure, and there are two types: an N-gate type with a guard in the N layer in the middle, and a P-type with a gate in the P layer.
There is also a gate type. Although an N-gate type thyristor is shown in Fig. 7, a thyristor with such a structure is generally one in which the collectors and bases of a PNP type transistor α 1 , an NPN type transistor, and a transistor α 2 are interconnected. (Figure 7b). Now the gate (G)
Make the voltage equal to the anode (A) voltage so that no current flows through the gate, and connect the anode (A) with the positive and cathode
When a negative voltage is applied to (K), the voltage between N 1 and P 2 in Figure 7a becomes reverse biased, and the thyristor turns OFF. When the voltage of the gate (G) is gradually lowered in this state, a current flows between the anode (A) and the gate (G) through the PN junction between P 1 and N 1 . When this current exceeds a certain value, the thyristor turns on. Voltage between anode (A) and gate (G) at this time
V AG is nothing but the base-emitter voltage V BE1 of the transistor α 1 shown in FIG. 7b.

前述のように一定電流を流したときのPN接合
部の電圧降下は、第1図に示されるように温度に
より直線的に変化し、その温度係数は負である。
すなわち、サイリスタをONさせるに必要なゲー
ト電流IGを得るためのアノード・ゲート電圧VAG
(Pゲートタイプの場合にはゲート・カソード電
圧VGK)は、第1図に示す特性と同様の温度変化
を示す。
As described above, the voltage drop across the PN junction when a constant current is applied varies linearly with temperature, as shown in FIG. 1, and its temperature coefficient is negative.
In other words, the anode/gate voltage V AG to obtain the gate current I G necessary to turn on the thyristor.
The gate-cathode voltage V GK (in the case of the P-gate type) exhibits a temperature change similar to the characteristics shown in FIG.

このVAG(VGK)の温度特性と、第4図あるいは
第6図に示される検出部1に対する出力の温度特
性、すなわちトランジスタTr1のコレクタ電流I1
の変化分△I1の温度特性は相方とも温度が上昇す
るにつれて減少する傾向があり、それらの特性を
合わせて使用することにより検出部の検出誤差を
少なくすることができる。
The temperature characteristics of this V AG (V GK ) and the temperature characteristics of the output to the detection unit 1 shown in FIG. 4 or FIG. 6, that is, the collector current I 1 of the transistor Tr 1
The temperature characteristics of the change amount ΔI 1 tend to decrease as the temperature of both partners increases, and by using these characteristics together, the detection error of the detection unit can be reduced.

このようなPN接合をもつた検出素子として
は、サイリスタの他にトランジスタがある。ま
た、ダイオードとコンパレータを組合せて使用し
ても、目的を達することができる。
Detection elements with such a PN junction include transistors in addition to thyristors. The purpose can also be achieved using a combination of diodes and comparators.

以上の説明は、装置の目的を急激な温度上昇の
検出という事に限つてしてきたが、火災感知器な
どでは温度がたとえ除々に上昇しても、その温度
がある一定値に達した場合には、警報を発する必
要がある。かかる要請については、下記に述べる
方法によつて実現することができる。
In the above explanation, the purpose of the device has been limited to detecting a sudden rise in temperature. However, with fire detectors, etc., even if the temperature rises gradually, the device detects a sudden rise in temperature when the temperature reaches a certain value. should raise an alarm. Such a request can be realized by the method described below.

すなわち、所謂感熱サイリスタを比較回路5、
スイツチング回路6に利用した方法である。感熱
サイリスタは通常のサイリスタと同様にPNPN
構造をもつた半導体で、そのブレークオーバー電
圧が温度により変化する事を利用した素子であ
る。すなわち、感熱サイリスタはそのアノード・
カソード間の電圧がブレークオーバー電圧を越え
た時、スイツチする特性をもつ。第8図は感熱サ
イリスタの特性の一例を示すグラフである。感熱
サイリスタには、NゲートまたはPゲートの2種
類あるが、動作はいずれも同様である。感熱サイ
リスタのNゲートタイプのものにあつてはアノー
ド・ゲート間に、Pゲートタイプのものにあつて
はゲート・カソード間に抵抗を挿入することによ
り、そのスイツチ温度を制御することができる。
第8図の特性を有する感熱サイリスタにおいて、
例えばゲート抵抗RGAを1(KΩ)とし、電源電
圧を20(V)とすると、そのブレークオーバー電
圧は約70℃で電源電圧(20V)以下となる。すな
わち、このような使用条件の感熱サイリスタは、
70℃でスイツチする特性をもつ。
That is, the so-called heat-sensitive thyristor is connected to the comparison circuit 5,
This is the method used in the switching circuit 6. Heat sensitive thyristors are PNPN like normal thyristors.
This is a device that takes advantage of the fact that the breakover voltage of a structured semiconductor changes with temperature. In other words, a heat sensitive thyristor has its anode
It has the characteristic of switching when the voltage between the cathodes exceeds the breakover voltage. FIG. 8 is a graph showing an example of the characteristics of a heat-sensitive thyristor. There are two types of heat-sensitive thyristors: N-gate and P-gate, and both operate in the same way. The switch temperature can be controlled by inserting a resistor between the anode and gate of the N-gate type heat-sensitive thyristor, and between the gate and cathode of the P-gate type heat-sensitive thyristor.
In the heat-sensitive thyristor having the characteristics shown in FIG.
For example, if the gate resistance R GA is 1 (KΩ) and the power supply voltage is 20 (V), the breakover voltage will be less than the power supply voltage (20V) at about 70°C. In other words, the heat-sensitive thyristor under these conditions of use is
It has the characteristic of switching at 70℃.

一方、感熱サイリスタは、その基本的構造は通
常のサイリスタと同様であり、そのスイツチ温度
以下では、全く通常のサイリスタと同様に取扱う
ことができる。すなわち、ある所定の温度でスイ
ツチするようにセツトされた感熱サイリスタを第
4図の比較回路5あるいはスイツチング回路6の
素子SCR2,SCR3として使用すれば、温度が感熱
サイリスタのスイツチ温度に達するまでは、急激
な温度上昇検出装置として動作し、また温度上昇
がたとえ除々であつても、所定のある温度に達す
れば、感熱サイリスタがそれ自身で動作し、信号
あるいは警報を発する装置を得ることができる。
On the other hand, a heat-sensitive thyristor has the same basic structure as a normal thyristor, and can be handled exactly like a normal thyristor below its switch temperature. That is, if a heat-sensitive thyristor set to switch at a certain predetermined temperature is used as elements SCR 2 and SCR 3 of the comparison circuit 5 or switching circuit 6 in FIG. The heat-sensitive thyristor operates as a rapid temperature rise detection device, and even if the temperature rise is gradual, when a predetermined temperature is reached, the heat-sensitive thyristor operates by itself to obtain a device that issues a signal or alarm. can.

以上述べたように、この発明による温度差検出
装置は、半導体内の物理的現象を検出原理とする
ため信頼性が高く、また製品間のバラツキが少な
い。すなわち、この発明による製品間のバラツキ
は、検出用トランジスタTr1,Tr2の特性のバラ
ツキ、定電流回路を使用する場合には、その使用
素子(例えばFET)のバラツキなどによつて起
るが、それらは部品の段階でその特性をチエツク
し、特性を揃えることによつて、組立に際して調
整等は不要になる。
As described above, the temperature difference detection device according to the present invention uses a physical phenomenon within a semiconductor as the detection principle, so it is highly reliable and has little variation between products. In other words, variations between products according to the present invention are caused by variations in the characteristics of the detection transistors Tr 1 and Tr 2 , and when using a constant current circuit, variations in the elements used (for example, FET). By checking the characteristics of the parts at the component stage and aligning the characteristics, there is no need for adjustments during assembly.

さらに、構成が簡易なため、故障の可能性が少
なく、非常に安価であり、実用上きわめて価値の
高いものである。
Furthermore, since the configuration is simple, there is little possibility of failure, and it is very inexpensive, making it extremely valuable in practice.

また、この発明による温度差検出装置では、温
度差検出用トランジスタに流れるコレクタ電流を
変更することにより、容易に異常温度上昇と同じ
信号を作り出し、動作試験を行なうことができ
る。
Further, in the temperature difference detection device according to the present invention, by changing the collector current flowing through the temperature difference detection transistor, it is possible to easily generate a signal similar to an abnormal temperature rise and perform an operation test.

この目的を達するには、検出部1の2つのトラ
ンジスタTr1,Tr2のエミツタ−電源間の抵抗
R10,R11の比を変更するのが、最も効果的であ
る。第9図に示すように、R10に並列に抵抗
R10′とスイツチSとの直列回路を設け、そのスイ
ツチSを手動あるいは遠隔的に開放または閉成す
ることにより、検出部の温度を上昇することなく
装置の動作試験を行なうことができる。スイツチ
Sとしては、機械式の他に、トランジスタ等によ
る半導体素子を使用してもよい。
To achieve this purpose, the resistance between the emitters of the two transistors Tr 1 and Tr 2 of the detection section 1 and the power supply is required.
It is most effective to change the ratio of R 10 and R 11 . A resistor in parallel with R 10 as shown in Figure 9.
By providing a series circuit of R 10 ' and a switch S and opening or closing the switch S manually or remotely, it is possible to test the operation of the device without increasing the temperature of the detection section. As the switch S, in addition to a mechanical type, a semiconductor element such as a transistor may be used.

このような動作試験方法は、従来のヒータ、発
熱材などで検出部を直接熱する方法に比べて、安
全かつ容易である。特に爆発性ガスなどの存在す
る危険場所では、従来の方法では行なうことがで
きない。
Such an operation test method is safer and easier than the conventional method of directly heating the detection section with a heater, heat generating material, or the like. Conventional methods cannot be used, especially in hazardous areas where explosive gases are present.

以上の説明では、異常温度上昇検出装置を中心
行なつてきたが、この発明の検出部の基本的な機
能は、温度差検出にあり、検出部の2つの検出用
トランジスタの熱時定数を等しくし、離れた2点
に置けば、その2点間の温度差を検出する装置と
して使用することができる。また、スイツチング
回路と組合せて使用すれば、2点間の温度を一定
に保つ装置、例えば外気温と室内温とを一定の関
係に保つ空調機器の制御装置として使用すること
ができる。さらに、異常温度上昇検出装置は、火
災感知器の他に電気器具の過熱防止用制御装置と
して応用できる。
Although the above explanation has focused on the abnormal temperature rise detection device, the basic function of the detection section of the present invention is to detect a temperature difference, and the thermal time constants of the two detection transistors of the detection section are equalized. However, if it is placed at two distant points, it can be used as a device to detect the temperature difference between the two points. Furthermore, when used in combination with a switching circuit, it can be used as a device for keeping the temperature between two points constant, for example, as a control device for air conditioning equipment that keeps the outside temperature and indoor temperature in a constant relationship. Furthermore, the abnormal temperature rise detection device can be applied not only as a fire detector but also as a control device for preventing overheating of electrical appliances.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はダイオードの温度特性図、第2図は従
来の異常温度上昇検出装置の回路、第3図は第2
図の回路のタイムチヤート、第4図はこの発明の
一実施例の回路図、第5図は第4図の回路のタイ
ムチヤート、第6図はこの発明の他の実施例の回
路図、第7図a,bはNゲートサイリスタの基本
構造および等価回路、第8図は感熱サイリスタの
特性図、第9図はこの発明の動作試験回路であ
る。なお、同一符号は同一または相当部を示す。 1:検出部、2:基準電圧発生回路、3:増幅
回路、4:微分回路、5:比較回路、6:スイツ
チング回路、7:警報器、8:定電流回路。
Figure 1 is a temperature characteristic diagram of a diode, Figure 2 is a circuit of a conventional abnormal temperature rise detection device, and Figure 3 is a diagram of a conventional abnormal temperature rise detection device.
4 is a circuit diagram of one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a time chart of the circuit of FIG. 4. FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment of the invention. 7a and 7b show the basic structure and equivalent circuit of an N-gate thyristor, FIG. 8 shows a characteristic diagram of a heat-sensitive thyristor, and FIG. 9 shows an operation test circuit of the present invention. Note that the same reference numerals indicate the same or equivalent parts. 1: Detection section, 2: Reference voltage generation circuit, 3: Amplification circuit, 4: Differential circuit, 5: Comparison circuit, 6: Switching circuit, 7: Alarm, 8: Constant current circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 順電流が規定され且つダイオード接続された
第2のトランジスタのベースを、該第2のトラン
ジスタと同様な電気的特性を有する第1のトラン
ジスタのベースと接続し、これら第1と第2のト
ランジスタのうちのいずれか一方を基準用に定め
ると共に他方を測定用に定め、且つ互いの熱時定
数を異ならしめ、電源と第1のトランジスタのエ
ミツタとの間に第1の抵抗を挿入し、さらに電源
と第2のトランジスタのエミツタとの間に第2の
抵抗を挿入し、これら第1と第2の抵抗の抵抗値
をほぼ同じ値とし、前記第1のトランジスタのコ
レクタ電流の変化から前記第2のトランジスタと
前記第1のトランジスタとの温度差を検出するよ
うにしたことを特徴とする温度差検出装置。 2 第2のトランジスタと直列に定電流回路を設
けた特許請求の範囲第1項記載の温度差検出装
置。 3 第1または第2の抵抗の抵抗値と第1または
第2のトランジスタのコレクタ電流との積を、
0.06(Ω・A)以上とした特許請求の範囲第1項
または第2項の何れかに記載の温度差検出装置。 4 第2のトランジスタのコレクタ電流と第1の
トランジスタのコレクタ電流との差が所定値を超
えたときに出力する比較回路を設け、該比較回路
にPN接合を有するスイツチング素子を用いた特
許請求の範囲第1項または第2項の何れかに記載
の温度差検出装置。
[Claims] 1. The base of a diode-connected second transistor with a defined forward current is connected to the base of a first transistor having electrical characteristics similar to those of the second transistor; One of the first and second transistors is set as a reference, and the other is set as a measurement, and the thermal time constants of the transistors are different from each other, and the first transistor is connected between the power supply and the emitter of the first transistor. A resistor is inserted, and a second resistor is further inserted between the power supply and the emitter of the second transistor, and the resistance values of the first and second resistors are set to be approximately the same value, and the collector of the first transistor is A temperature difference detection device, characterized in that a temperature difference between the second transistor and the first transistor is detected from a change in current. 2. The temperature difference detection device according to claim 1, wherein a constant current circuit is provided in series with the second transistor. 3 The product of the resistance value of the first or second resistor and the collector current of the first or second transistor is
The temperature difference detection device according to claim 1 or 2, wherein the temperature difference is 0.06 (Ω·A) or more. 4. A patent claim in which a comparison circuit is provided that outputs an output when the difference between the collector current of the second transistor and the collector current of the first transistor exceeds a predetermined value, and the comparison circuit uses a switching element having a PN junction. The temperature difference detection device according to any one of the first and second ranges.
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