Дифференциальный термодатчик
DIFFERENTIAL THERMAL SENSOR

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться для измерения разностей температур, например, малых разностей температур в двух точках контролируемой поверхности, с высокой чувствительностью.
Большая чувствительность термометров достигается путём использования транзисторов, обратный ток которых зависит от температуры корпуса транзистора. Такой термочувствительный транзистор можно использовать в качестве термодатчика.
По разности температур транзисторов, термодатчик позволяет диагностировать, например, подшипники качения, установленные близко к  поверхности работающей машины, работу запорных элементов гидропривода, например, регуляторов-распределителей, типа РР-75, КПД шестеренных гидронасосов, измеряя разность температур между его входом и выходом, качество приработки элементов кривошипно-шатунного механизма, через характеристики неровностей в зоне трения трущейся пары «вкладыш – шейка вала» ДВС при обкатке, засоренность радиатора, фильтров смазочной и топливной аппаратуры, по разности температур между их входами и выходами, форсунки и систему выхлопа, а также раковые опухоли, т.к. они живут и развиваются при фиксированной температуре, порядка 42…43,5ºС. (П. Франции № 2132922, МПК G 01 K 3/00, 1972 г.)
Известно, что для получения разности температур, часто используют мостовую схему измерения, которая состоит из двух термочувствительных транзисторов и двух резисторами, а результат измерения контролируют в диагонали моста. Примером такой схемы является электронный термодатчик, описанный в авторском свидетельстве № 1597596, МПК G 01 K 7/01, 1988 г. (прототип).
Мост состоит из двух постоянных и одного переменного резистора, двух термочувствительных транзисторов.  Электронный термодатчик имеет два выхода, один – в диагонали моста, другой – между эмиттерами и землей.  Разность температур измеряется на втором выходе, т.е. в диагонали моста.
Особенность этой мостовой схемы состоит в том, что два транзистора включены по схеме с общим эмиттером (эмиттеры транзисторовна рисунке изображены как выводы со стрелкой вниз), т.е. соединены вместе между собой, а коллекторы (выводы, соединенные одновременно и с переменным резистором и резисторами и с «Выходом 2») разъединены, т.е. не соединены между собой. В качестве термочувствительных элементов используются эти два транзистора. Их разность температур (температура их корпусов) является искомой информацией и измеряется в диагонали моста.
Известная схема удобна, когда в качестве корпуса транзистора выступает эмиттер (корпусом этого транзистора является эмиттер). Но не всегда корпусом транзистора является эмиттер. Есть транзисторы, в качестве корпуса которых выступает коллектор. Тогда, такая схема не работает, т.к. общие коллекторы нарушают работу этой схемы, вызывая в ней короткое замыкание между элементами.
Недостатком известных устройств является то, что они не работоспособны при таких схемах образования измерительных мостовых схем, т.к. даже случайное короткое замыкание между собой двух коллекторов (двух корпусов транзистора), приводит к аварийному отказу в работе всей схемы, снижая тем самым функциональные возможности измерительных мостовых схем.
Технической задачей изобретения является, повышение функциональных возможностей измерительных мостовых схем при диагностировании  неисправностей в объекте путем измерения разности температур в двух точках поверхности, используя температуру поверхности термочувствительного транзистора.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная электрическая схема дифференциального термодатчика.
Дифференциальный термодатчик содержит два термочувствительных транзистора 1, переменный балансировочный резистор 2, который своими выводами соединен с базами этих транзисторов 1. Переменный вывод балансировочного резистора 2 связан с ограничительным резистором 3, другой вывод которого, соединен с общими коллекторами двух термочувствительных транзисторов 1 и с положительным выводом источника питания 4. Отрицательный вывод источника питания 4 соединен с двумя эмиттерными резисторами 5, другие выводы которых соединены с эмиттерами транзисторов 1 и выходом 6 дифференциального термодатчика.
Дифференциальный термодатчик работает следующим образом.
Принцип работы дифференциального термодатчика основывается на изменении напряжения на его выходе 6 (в диагонали моста) при его разбалансировке. Разбалансировка моста возникает, когда нагревается (охлаждается) один из термочувствительных транзисторов 1. Тогда в нем начинает изменяться обратный ток его коллектора, пропорциональный его температуре, точнее температуре его корпуса. Это нарушает общий баланс токов, текущих в его плечах (плечо, это – участок мостовой схемы, состоящий из транзистора 1 и соответствующего ему эмиттерного резистора 5, расположенного под ним) и в диагонали моста образуется разность потенциалов - напряжение, пропорциональное температуре этого транзистора 1. При этом, чем больше разбалансировка моста, тем больше напряжение в диагонали моста, т.е. на его выходе 6. Так реализуется работа дифференциального разностного термодатчика. Первоначальная балансировка моста осуществляется балансировочным резистором 2, размещая оба термочувствительных транзистора 1 в среду с одинаковой температурой и устанавливая им начальное, нулевое значение напряжение в диагонали моста.
После балансировки, оба транзистора размещают в двух контрольных точках, где нужно измерить температуру (даже, в двух точках на металлическом объекте, не боясь короткого замыкания между корпусами транзисторов 1) и проводят измерение разности температуры в этих точках.
Чувствительность такого дифференциального, т.е. разностного термодатчика, будет порядка 200 мВ/ ̊С.
Использование дифференциального термодатчика позволит диагностировать неисправности, связанные с ростом локальной температуры в машиностроении, медицине, приборостроении, животноводстве и других отраслях народного хозяйства.