RU2058019C1

RU2058019C1 - Electronic temperature gauge

Info

Publication number: RU2058019C1
Authority: RU
Inventors: Иван Михайлович Викулин; Виктор Иванович Гречан; Игорь Равильевич Халимов
Original assignee: Иван Михайлович Викулин; Виктор Иванович Гречан; Игорь Равильевич Халимов
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: temperature measuring. SUBSTANCE: relaxation oscillator, which contains single-junction transistor, is introduced to device design. frequency of saw-tooth shaped pulses from emitter of said transistor are proportional to temperature of transistor. When oscillator is supplied with rectangular voltage pulses, oscillator outputs bunch of pulses from emitter during one supply pulse. Number of pulses in bunch is proportional to temperature value. Said pulses are sent to pulse counter, which is connected to digital indicator, which outputs temperature value on its panel. Experimental samples of gauges, which are provided for medical purposes, are designed as housing, which size is about that of pen, where gauge and power supply are mounted. Temperature-sensitive single-junction transistor is mounted at one end of pen, three-digit indicator panel on side surface. Precision of detector is 0.1 C for power supply of 5 V and temperature range of 35-45 C. EFFECT: increased precision, decreased power usage, increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии, а именно к электронным устройствам измерения температуры и может быть использовано в измерительной технике и автоматике. The invention relates to thermometry, namely to electronic devices for measuring temperature and can be used in measuring equipment and automation.

Известны электронные датчики температуры (ЭДТ), содержащие генератор на однопереходном транзисторе (ОПТ), эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника питания через конденсатор и с положительным его полюсом, первая база ОПТ соединена с отрицательным полюсом, а вторая база с положительным полюсом источника питания. Поскольку характеристики ОПТ зависят от температуры, частота генератора f является также функцией температуры, поэтому измеряя f с помощью частотомера можно по его шкале производить отсчет температуры. Known electronic temperature sensors (EDT), containing a generator on a single junction transistor (OPT), the emitter of which is connected to the negative pole of the power source through a capacitor and to its positive pole, the first base of the OPT is connected to the negative pole, and the second base to the positive pole of the power source. Since the characteristics of the OPT depend on temperature, the frequency of the generator f is also a function of temperature, therefore, by measuring f using a frequency meter, it is possible to read the temperature on its scale.

Недостатками ЭДТ являются: невысокая точность измерения (связанная с саморазогревом ОПТ при его работе в непрерывном режиме), большое энергопотребление, невысокие функциональные возможности (сигнал с ЭДТ нельзя прямо ввести в ЭВМ). The disadvantages of EDT are: low measurement accuracy (associated with self-heating of the OPT during its operation in continuous mode), high power consumption, low functionality (the signal from the EDT cannot be directly entered into the computer).

Цель изобретения увеличение точности измерения, уменьшение энергопотребления, расширение функциональных возможностей. The purpose of the invention is the increase in measurement accuracy, reduction in power consumption, expansion of functionality.

Указанная цель достигается тем, что в ЭДТ введены токозадающий транзистор, формирователь отрицательного импульса, первый и второй диоды, конденсатор и резистор, при этом эмиттер ОПТ соединен с положительным полюсом источника питания через токозадающий транзистор, а первая база ОПТ соединена с отрицательным полюсом источника питания через последовательно соединенные диод и конденсатор, средняя точка которых через последовательно соединенные второй диод и формирователь отрицательного импульса подключена к положительному полюсу источника питания. This goal is achieved by the fact that a short-circuit transistor, a negative impulse driver, a first and second diode, a capacitor and a resistor are introduced into the EDT, while the OPT emitter is connected to the positive pole of the power source through the current-setting transistor, and the first base of the OPT is connected to the negative pole of the power source through series-connected diode and capacitor, the midpoint of which is connected through series-connected second diode and negative pulse shaper to the positive pole of the source nickname power.

На чертеже показана схема ЭДТ, где 1 ОПТ, 2 токозадающий транзистор, 3,4 конденсаторы, 5,6 резисторы, 7,8 диоды, 9 формирователь отрицательного импульса, 10 источник питания, 11 выключатель, 12-14 счетчики импульсов, 15-17 цифровые индикаторы. The drawing shows the circuit of the EDT, where 1 OPT, 2 lead-in transistor, 3.4 capacitors, 5.6 resistors, 7.8 diodes, 9 negative impulse shaper, 10 power supply, 11 switch, 12-14 pulse counters, 15-17 digital indicators.

ЭДТ работает следующим образом. ОПТ 1 с задающим его эмиттерный ток I_э транзистором 2 и конденсатором С 3 является релаксационным генератором, с эмиттера которого снимается напряжение в виде пилообразных импульсов. При непрерывном питании период следования пилообразных импульсов
T 1/f C(V_В V_о)/I_э, (1) где V_В и V_o напряжение включения и остаточное напряжение эмиттерной характеристики ОПТ. Если же генератор питать прямоугольными импульсами с длительностью τ>> Т, то за время одного импульса питания τ генератор выдаст n τ/Т пилообразных импульсов с эмиттера ОПТ. Подбором величины I_э резистором 5 и конденсатором С 3 можно установить любое значение Т, а значит и получить любое количество импульсов с эмиттера n за один импульс питания τ. Например, при использовании ЭДТ в медицине можно установить такое Т, чтобы за τ= 0,1 с генератор выдавал n_o 360 импульсов при 36^оС. При изменении температуры изменяется напряжение включения ОПТ V_В за счет зависимости электрофизических параметров полупроводника от температуры. Подбором величины R 6 в цепи базы можно получить такую зависимость Т от температуры, что при увеличении температуры на 1^оС изменение Δ_n 10, т.е. один импульс с ОПТ соответствует 0,1^оС. Сигнал с ОПТ подается на счетчики импульсов 12-14 с цифровыми индикаторами 15-17. Очевидно, число импульсов на шкале индикаторов 300 соответствует температуре 30^оС, 400-40^оС и т.д. Отсюда же следует, что точность датчика при указанных условиях не выше 0,1^оС, так как счетчик считает только целое число импульсов. Однако установив n_o 3600 можно повысить точность до 0,01^оС.EDT works as follows. OPT 1 with its emitter current _Ie transistor 2 and capacitor C 3 is a relaxation generator, from the emitter of which the voltage in the form of sawtooth pulses is removed. With continuous feeding, the period of the sawtooth pulses
T 1 / f C (V _B V _on) / I _e, (1) where V _B and V _o switching voltage and the residual voltage of the emitter characteristics OPT. If the generator is fed with rectangular pulses with a duration τ >> T, then during one power pulse τ the generator will give n τ / T sawtooth pulses from the emitter OPT. By selecting the value of I _e resistor 5 and capacitor C 3, you can set any value of T, and therefore get any number of pulses from the emitter n for one power pulse τ. For example, using EDT in medicine can set T such that for τ = 0,1 with generator gave n _o 360 pulses at 36 ^C. When the temperature varies OPT switching voltage V _B by _the electrophysical parameters depending on the temperature of the semiconductor. R 6 value selection circuit can obtain such base dependence on the temperature T, that increasing the temperature by 1 ^{° C} change Δ _n of 10; one pulse with OPT corresponds to 0.1 ^° C. The signal with OPT is fed to pulse counters 12-14 with digital indicators 15-17. Obviously, the number of pulses on the scale indicator 300 corresponds to a temperature of 30 ^{° C,} 400-40 ^C. etc. Hence it follows that the accuracy of the sensor under these conditions is not higher than 0.1 ^{° C,} because the counter only counts integer pulses. However, by setting n _o 3600 you can increase the accuracy to 0.01 ^about C.

Процесс измерения при этом чрезвычайно прост. Прижимаем ОПТ к телу, температура которого измеряется, и выдерживаем около 20 с (время передачи тепла к ОПТ), затем кнопкой 11 включаем питание. Формирователь импульса 9 выдает только один отрицательный импульс питания на базу ОПТ длительностью 0,1 с, в течение которого ОПТ генерирует пакет, например, из 366 импульсов. Эти импульсы подаются с эмиттера ОПТ на счетчики импульсов 12-14, которые включают три цифровых индикатора 15-17, на которых светится цифра 366, т.е. 36,6^оС. Эта цифра сохраняется на индикаторе сколь угодно долго, пока включен выключатель 11, сам же генератор на ОПТ работает лишь во время отрицательного импульса питания 0,1 с, а затем после окончания импульса не действует, несмотря на то, что выключатель 11 может быть включен для сохранения цифр на индикаторе. Для следующего измерения температуры нужно отпустить и опять нажать кнопку выключателя 11 и т.д.The measurement process is extremely simple. We press the OPT to the body, the temperature of which is measured, and maintain for about 20 s (the time of heat transfer to the OPT), then turn on the power with button 11. The pulse shaper 9 generates only one negative power pulse to the base of the OPT with a duration of 0.1 s, during which the OPT generates a packet, for example, of 366 pulses. These pulses are fed from the OPT emitter to pulse counters 12-14, which include three digital indicators 15-17, on which the number 366 is lit, i.e. 36.6 ^C. This figure is stored in the display as long as desired until the switch 11 is turned on, the OPT himself generator operates only during the negative pulse with the power of 0.1, and then after the pulse is not valid in spite of the fact that switch 11 can be turned on to store numbers on the display. For the next temperature measurement, release and press the button of the switch 11 again, etc.

Опытные образцы ЭДТ изготавливались на основе элементов: ОПТ типа КТ117, транзистор 2 типа КТ104, формирователь 9 две микросхемы К176ЛА7, счетчики 12-14 микросхемы К176ИЕ4, индикаторы 15-17 типа АЛСЗ14. Все элементы ЭДТ вместе с источником питания размещались в корпусе от авторучки с ОПТ на конце и цифровым индикатором на боковой стороне. ЭДТ работоспособен в диапазоне температур (- 60)-(+ 120)^оС. В медицинском диапазоне температур 35-45^оС зависимость периода (1) от температуры линейна, точность измерения составляет 0,1^о при количестве импульсов на градус 10.EDT prototypes were made on the basis of elements: an OPT type KT117, a transistor 2 type KT104, a shaper 9 two microchips K176LA7, counters 12-14 microcircuits K176IE4, indicators 15-17 type ALSZ14. All elements of the EDT together with the power source were housed in a case from a fountain pen with an OPT at the end and a digital indicator on the side. EDT is operable in the temperature range (- 60) - (+ 120) ^о С. In the medical temperature range of 35-45 ^о С, the dependence of period (1) on temperature is linear, the measurement accuracy is 0.1 ^o with the number of pulses per degree 10.

В разработанном ЭДТ, благодаря питанию в виде одиночного импульса в процессе одного измерения, практически исключается разогрев ОПТ собственным током, что повышает точность измерения температуры. Это же обеспечивает и уменьшение энергопотребления. In the developed EDT, due to the supply in the form of a single pulse in the course of one measurement, the heating of the OPT by its own current is practically excluded, which increases the accuracy of temperature measurement. This also provides a reduction in energy consumption.

Нормированный выход (10 импульсов на градус или 100, 1000 и т.д.) позволяет непосредственно, без дополнительного преобразования, вводить сигнал с ЭДТ в ЭВМ, что значительно расширяет его функциональные возможности. The normalized output (10 pulses per degree or 100, 1000, etc.) allows you to directly, without additional conversion, enter the signal from the EDT into the computer, which greatly expands its functionality.

Claims

ELECTRONIC TEMPERATURE SENSOR containing a generator on a single-dispersed transistor, the emitter of which is connected to the negative pole of the power source through the capacitor and to its positive pole, the first base of the transistor is connected to the negative pole, and the second base with a positive pole of the power source, characterized in that a lead-in transistor, a negative pulse shaper, first and second diodes, a capacitor and a resistor, while the emitter of a single-junction transistor is connected to a positive power supply through a current-transistor, and the first base of a single-junction transistor is connected to the negative pole of the power supply through a series-connected diode and capacitor, the midpoint of which is connected through a series-connected second diode and a negative pulse shaper to the positive pole of the power source.