202000. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés termoelem talpponti hőmérsékletének kompenzálására
1 HU 202000 B 2 A találmány tárgya eljárás termoelem talpponti hőmérsékletének kompenzálására. A találmány tárgya továbbá az eljárás foganatosítására szolgáló kapcsolási elrendezés. Mint ismeretes, a termoelem a hőmérsékletet a talpponthoz mint referenciaponthoz képest képes mérni, azaz a termoelem szabad végei között megjelenő termofeszültség a forrasztási pont és a szabad végek közötti hőmérsékletkülönbséggel arányos. A forrasztási pont abszolút hőmérséklete csak a szabad végek hőmérsékletének ismeretében határozható meg. Szokványos megoldás a forrasztási pont abszolút hőmérsékletének meghatározására a termoelem szabad végeinek állandó ismert hőmérsékleten tartása. (Budó, Kísérleti fizika, II. tk. 1977, 180. §. 1.) A termoelem szabad végeinek állandó hőmérséklete például olvadó jéggel, vagy forrásban levő vízzel laboratóriumi környezetben könnyűszerrel biztosítható. Ugyanakkor ipari alkalmazások esetében előnytelen és körülményes ez a megoldás. Ismert a termoelem talpponti hőmérsékletének kompenzáló vezetékes korrigálása. Ez gyakorlatüag két termoelem soros kapcsolását jelenti. A megoldás hátránya, hogy az amúgy is költséges termoelemből kettő felhasználása szükséges. A találmány célja az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése, egy olyan termoelemhőkompenzálási megoldás kidolgozása, amely ipari körülmények között alkalmazható, továbbá lényegesen egyszerűbb és olcsóbb. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a termoelem kimeneti jele a talpponti hőmérséklet függvényében egyszerű félvezető elektronikai eszközök felhasználásával korrigálható. A kitűzött célt a találmány szerinti termoelemhőmérsékletkompenzálási eljárással úgy értük el, hogy a környezeti hőmérsékleten levő talppontok közelében, azokkal termikusán szorosan csatolt, nyitóirányban előfeszített p-n adalékátmenetet helyezünk el, az adalékátmenet nyitófeszültségét oly mértékben leosztjuk, hogy hőmérsékleti gradiense a termoelem hőmérsékleti gradiensével azonos legyen és az adalékátmenet leosztott nyitófeszültségét a termoelem talpponti feszültségével összegezzük. A találmány szerinti termoelem talpponti hőmérsékletének kompenzálására szolgáló kapcsolási elrendezésben a mérendő hőmérsékletnek kitett termoelem környezeti hőmérsékleten levő talpponti végei közül az egyik a kapcsolási elrendezés kompenzált kimeneti jelű kapcsa, a másik kapocshoz p-n adalékátmenet egyik pólusa kapcsolódik, valamint első, illetve második ellenállásból álló feszültségosztó van kötve, amely feszültségosztó másik végpontja a p-n adalékátmenet másik pólusára van vezetve, a p-n adalékátmenet ezen pólusáról, továbbá árammeghatározó ellenállás vezet az állandó feszültségű pontra, valamint a p-n adalékátmenet egyik pólusa és másik pólusa közötti feszültségosztó osztási pontjáról a vonatkoztatási pont felé harmadik ellenállás, az ellenkező polaritású állandó feszültségű pont felé pedig beállító ellenállás csatlakozik. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy további előnyös kiviteli alakjában a p-n adalékátmenet egy tranzisztor, aminek a bázisa össze van kötve a kollektorával. A találmány szerinti eljárást és kapcsolási elrendezést a rajzon szemléltetett kiviteli alak alapján ismertetjük részletesen, ahol az 1. ábra a találmány szerinti elrendezés vázlatos kapcsolási sémája. Az 1. ábrán látható 1 termoelem forrasztási végpontját kell a mérni kívánt ismeretlen hőmérsékletű környezetbe elhelyezni. A mérendő hőmérsékletnek kitett 1 termoelem környezeti hőmérsékleten levő 2 talpponti végei küzül az egyik a kapcsolási elrendezés kompenzált kimeneti jelű 3 kapcsa, a másik 4 kapocshoz 5 p-n adalékátmenet 6 pólusa kapcsolódik, valamint 7, illetve 8 ellenállásból álló 9 feszültségosztó van kötve, amely 9 feszültségosztó másik végpontja az 5 p-n adalékátmenet 10 pólusára van vezetve. Az 5 p-n adalékátmenct ezen 10 pólusáról, továbbá árammeghatározó 11 ellenállás vezet az állandó feszültségű 12 pontra, valamint az 5 p-n adalékátmenet 6 és 10 pólusa közötti 9 feszültségosztó osztási pontjáról a 13 vonatkoztatási pont felé 14 ellenállás, az ellenkező polaritásé állandó feszültségű 15 pont felé pedig beállító 16 ellenállás csatlakozik. Az 5 p-n adalckátmeneten az árammeghatározó 11 ellenállás által beállított értékű áram folyik. Ekkor az 5 p-n adalékátmenet 6 és 10 kapcsa között egy feszültség, a nyitófeszültség lép fel. A nyitófeszültség konstans áram esetén az 5 p-n adalékátmenet hőmérsékletével arányosan változó feszültségérték. A hőfokfüggés szokásos szilícium félvezetők esetében körülbelül - 2 mV/°C. A feszültségváltozás gradiensét, meredekségét osztja le az 5 p-n adalékátmenet 6-10 kapcsa közötti 7 és 8 ellenállásból álló 9 feszültségosztó olyan mértékűre, hogy ez a meredekség azonos legyen a mérendő hőmérsékletnek kitett 1 termoelem meredekségével. Vas-réznikkel hőelem esetében ez a hőfokfüggés körülbelül -50 uV/°C érték. A 14 ellenállásból és a 16 beállító ellenállásból álló feszültségosztóval állítható be a hőmérsékletmérés nullpontja, azaz az az érték, ahol az 1 termoelem 2 talpon tti végei közül a kompenzált kimeneti jelű 3 kapocs feszültsége éppen a 13 vonatkoztatási pont feszültségével azonos. Ez a hőkompenzálási megoldás akkor működik pontosan, ha az 5 p-n adalékátmenet - célszerűen szilícium dióda, vagy tranzisztor - az 1 termoelem környezeti hőmérsékleteten levő 2 talpponti végeinek közvetlen közelében, azokkal termikusán szorosan csatolva kerül elhelyezésre. Minél jobb a termikus csatolás, annál pontosabb a hőkompenzálás. A találmány szerinti eljárás és kapcsolási elrendezés előnyösen alkalmazható tennoelemek viszonylag nagy pontosságú hőkompenzálására. A egyszerű rendszertechnikai és kapcsolástechnikai elrendezés következtében olcsóbb, ugyanakkor megbízhatóbb, kisebb méretű és ipari környezetben is alkalmazható elrendezés alakítható ki. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás termoelem talpponti hőmérsékletének kompenzálására, azzal jellemezve, hogy környezeti hőmérsékleten levő talppontok közelében, azokkal termikusán szorosan csatolt, nyitóirányban előfeszített p-n adalékátmenetet helyezünk el, az adalékátmenet nyitófeszültségét oly mértékben leosztjuk, hogy hőmérsékleti gradiense a termoelem 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
