DE1223181B

DE1223181B - Temperature control device

Info

Publication number: DE1223181B
Application number: DEE21625A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Andras Loerinczy; Dipl-Ing Peter Szebeni
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1960-12-05
Filing date: 1961-09-04
Publication date: 1966-08-18

Description

Temperaturregeleinrichtung Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichtung mit einem temperaturabhängigen Halbleiterwiderstand als Temperaturfühler in Form einer im konstanten Gleichfeld eines Magneten angeordneten Halbleiterplatte, die mit zwei an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Stromzuführungselektroden an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und die an zwei sich zwischen diesen Stromzuführungselektroden erstreckenden gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Stromableitungselektrode (Hallelektrode) zur Ab- nahme einer temperaturabhängigen Steuerspannung aufweist (Halleffektanordnung).Temperature control device The invention relates to a temperature control device with a temperature-dependent semiconductor resistor as a temperature sensor in the form of a semiconductor plate arranged in the constant constant field of a magnet, which is connected to a direct current source with two power supply electrodes arranged on opposite sides and which each have a current discharge electrode on two opposite sides extending between these power supply electrodes (Hall electrode) for taking waste of a temperature-dependent control voltage comprises (Hall effect device).

Wie bekannt, ist bei Temperaturregelungen die geregelte Größe (Regelgröße) x" die Temperatur, die durch einen Fühler, z. B. durch ein Flüssigkeitstheimometer, gefühlt wird, wobei ein differenzbildendes Organ ein Kontrollsignal x, erhält, das dem augenblicklichen Wert der Temperatur proportional ist. Dem differenzbildenden Organ ist auch das dem Sollwert der Temperatur proportionale Grundsignal x" zuzuführen. Das differenzbildende Organ liefert dann ein Befehlssignal x", das auf ein Betätigungsorgan einwirkt.As is known, the controlled variable (controlled variable) in temperature controls x "the temperature measured by a probe, e.g. a liquid thromometer, is felt, with a differentiating organ receiving a control signal x, the is proportional to the instantaneous value of the temperature. The difference-making Organ is also to be supplied with the basic signal x "proportional to the setpoint of the temperature. The difference-forming organ then delivers a command signal x "which is sent to an actuating member acts.

Bei den üblichen Kontaktthermometern erfolgt dies in der folgenden Weise. Beim Erreichen der eingestellten Temperaturx, wird über das Quecksilber ein Stromkreis geschlossen, wodurch die Heizung abnimmt. Mit Abnahme der Temperatur hört die Verbindung zwischen dem Quecksilberfaden und der Stromzuführung auf. Diese Wirkungsweise führt eine Korrosion des Quecksilbers herbei, wodurch das Gerät unzuverlässig wird. Außerdem hat das Kontaktthennometer den Nachteil, daß bei übererwärmung das Quecksilber durch den verstellten Kontakt verdrängt wird und im Teil oberhalb der Kapillare haftenbleibt, wodurch die Messung weitgehend verfälscht wird. Es ist noch zu bemerken, daß die üb- lichen flüssigkeitsgefüllten Kontaktthermometer bei außerordentlich niedrigen Temperaturen wegen des verhältnismäßig hohen Gefrierpunktes der Flüssigkeit nicht benutzt werden können, obwohl dies bei der Lösung mehrerer Aufgaben wünschenswert wäre.With the usual contact thermometers, this is done in the following way. When the set temperaturex is reached, a circuit is closed via the mercury, which reduces the heating. When the temperature drops, the connection between the mercury thread and the power supply ceases. This mode of action causes the mercury to corrode, making the device unreliable. In addition, the contact tenometer has the disadvantage that when overheating, the mercury is displaced by the misaligned contact and sticks in the part above the capillary, which largely falsifies the measurement. It should also be noted that the customary liquid-filled contact thermometers cannot be used at extremely low temperatures because of the relatively high freezing point of the liquid, although this would be desirable for the solution of several tasks.

Es ist bekannt, zur Temperaturmessung Halbleiterthennistoren zu verwenden. Diese sind aber an sich nicht fähig, die Temperatur zu bewerten und dabei ein Befehlssignal zu liefern, durch das die Temperatur auch geregelt werden könnte. Halbleiterthermistoren können daher nur als Bauelemente in verwickelten Brückenschaltungen mittelbar zur Temperaturregelung verwendet werden. Es ist weiterhin bekannt, die Temperatarabhängigkeit von Halbleiterelementen, insbesondere von Hallgeneratoren, für das Messen und Regeln der Temperatur auszunutzen. Beispielsweise wird bei einer bekannten Einrichtung ein p-Typ-Germanium-Halbleiterelement mit Punktkontaktelektrode zur Messung von Strahlungsenergie, wie Licht und Wärme, verwendet.It is known to use semiconductor thennistors for temperature measurement. However, these are not in themselves capable of evaluating the temperature and thereby providing a command signal to deliver, through which the temperature could also be regulated. Semiconductor thermistors can therefore only be used indirectly as components in intricate bridge circuits Temperature control can be used. It is also known that the temperature dependence of semiconductor elements, in particular of Hall generators, for measuring and regulating the temperature. For example, in a known device a p-type germanium semiconductor element with point contact electrode for measuring Radiant energy, such as light and heat, is used.

Ferner ist es bekannt, einen der zu regelnden Temperatur unmittelbar ausgesetzten Hallgenerator zu verwenden, und zwar einen p-Typ-Germanium-Halbleiter in Halleffektanordnung.It is also known to directly control one of the temperature exposed Hall generator, namely a p-type germanium semiconductor in hall effect arrangement.

Wird, wie im letzteren Fall, die Temperaturabhängigkeit des Hallgenerators zur Temperaturregelung ausgenutzt, so bedeutet das, daß wegen des definierten Widerstandes des p-Typ-Halbleiters die Hallspannung nur bei einer bestimmten Temperatur ihr Vorzeichen wechselt. Somit müssen für verschiedene Temperaturwerte Halbleiter mit verschiedenen spezifischen Widerständen verwendet werden, was als nachteilig empfunden wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden.As in the latter case, it becomes the temperature dependence of the Hall generator used for temperature control, this means that because of the defined resistance of the p-type semiconductor, the Hall voltage only changes its sign at a certain temperature changes. Thus, for different temperature values, semiconductors with different specific resistances are used, which is perceived as disadvantageous. Of the The present invention is based on the technical problem to address this disadvantage avoid.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Stromableitungselektroden (Hallelektroden) in Richtung auf die Seiten der Stromzuführungselektroden derart gegeneinander versetzt angeordnet s md, daß die an dem temperaturabhängigen Widerstand des zwischen den Stromableitungselektroden liegenden Halbleiterstückes abfallende Spannung und die Hallspannung einander entgegengerichtet sind und bei vorzugebender magnetischer Feldstärke und bei dem gewünschten Sollwert der Temperatur den gleichen Betrag annehmen.The inventive solution to this problem is that the Current dissipation electrodes (Hall electrodes) towards the sides of the current supply electrodes so offset from one another arranged s md that the temperature-dependent Resistance of the piece of semiconductor lying between the current discharge electrodes falling voltage and the Hall voltage are opposite to each other and at magnetic to be specified Field strength and at the desired setpoint the temperature assume the same amount.

Bei Verwendung eines zur Regelung der vorzugebenden Feldstärke geeigneten Organs, beispielsweise eines Relais, ist die erfindungsgemäße Einrichtung auch zur Programmregelung der- Temperatur geeignet.When using a suitable one for regulating the field strength to be specified Organ, for example a relay, the device according to the invention is also for Program control of the temperature suitable.

Mit Hilfe eines besonderen Wärmeleitorgans kann die erfindungsgemäße Regeleinrichtung in Verbindung mit dem Raum gebracht werden, dessen Temperatur zu stabilisieren ist.With the help of a special heat-conducting element, the inventive Control device to be brought into connection with the room, its temperature too stabilize is.

Ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit einem wasserfesten und elektrisch isolierenden überzug versehen, so kann sie unmittelbar in Verbindung mit dem Raum stehen, dessen Temperatur zu stabilisieren ist, d. h., sie kann der zu regelnden Temperatur unmittelbar ausgesetzt sein.If the device according to the invention is provided with a waterproof and electrically insulating coating, it can be directly connected to the room whose temperature is to be stabilized, i.e. that is, it can be directly exposed to the temperature to be controlled.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, wobei F ig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht darstellt und F i g. 2 die Draufsicht einer erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrichtung zeigt.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, FIG. 1 shows an embodiment of the invention in a perspective view and FIG. 2 shows the top view of a temperature control device according to the invention.

In der Zeichnung bezeichnen 1 bzw. 2 Stromzuführungen, 3 und 4 Stromableitungen. Die Richtung der Kraftlinien eines magnetischen Feldes ist mit 5 und ein Halbleiterschnitt mit 6 bezeichnet.In the drawing, 1 and 2 denote power supply lines, and 3 and 4 denote power lines. The direction of the lines of force of a magnetic field is denoted by 5 and a semiconductor section is denoted by 6.

Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Halbleiterschnitt 6 ist im Luftspalt eines Magneten angeordnet, was durch die magnetischen Kraftlinien 5 angedeutet ist. Die Stromzuführungen 1 und 2 dienen zum Zuführen des sogenannten Zugstromes, wobei die Stromableitungselektroden 3 und 4 als Kompensationselektroden dienen und zugleich die Ausgangsklemmen des Befehlssignals darstellen.The device works as follows: The semiconductor cut 6 is arranged in the air gap of a magnet, which is indicated by the magnetic lines of force 5 . The power supply lines 1 and 2 are used to supply the so-called train current, the current discharge electrodes 3 and 4 serving as compensation electrodes and at the same time representing the output terminals of the command signal.

Die Stromableitungselektroden 3 und 4 sind derart angeordnet, daß sie bei einem magnetischen Feld vom Wert Null nicht equipotential sind, sondern zwischen ihnen eine dem Zugstrom proportionale Spannung U, auftritt. Beim Einschalten des magnetischen Feldes 5 entsteht als Wechselwirkung von Zugstrom und Magnetfeld bekanntlich die sogenannte Hallspannung U.. The current discharge electrodes 3 and 4 are arranged in such a way that they are not equipotential in the case of a magnetic field of zero value, but rather a voltage U, which is proportional to the tensile current, occurs between them. When the magnetic field 5 is switched on, the so-called Hall voltage U is produced as an interaction between the tensile current and the magnetic field.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß das Befehlssignal x, durch die Projektion der Resultierenden der Spannungen U,. und U2 auf eine Gerade geliefert wird, die die Anschlußpunkte der Stromableitungen 3 und 4 am Halbleiter 6 verbindet. x,. wird bei gegebener Ab- messung und gegebenem magnetischem Feld bei einer bestimmten Temperatur Null. Umgekehrt kann der Ausgleich bei gegebener Temperatur durch Änderung des magnetischen Feldes erreicht werden. Hieraus folgt, daß die Regeleinrichtung geeignet ist, bei Programm egelungen verwendet zu werden. Die Einrichtung ist mit dem Raum, dessen Temperatur zu stabilisieren ist ' in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung, indem sie zur Gänze im Raum mit zu stabilisierender Temperatur angebracht ist oder dieser Raum und der Halbleiterschnitt durch einen guten Wärmeleiter verbunden sind.From Fig. 2 it can be seen that the command signal x, by the projection of the resultant of the voltages U,. and U2 is supplied on a straight line which connects the connection points of the current leads 3 and 4 on the semiconductor 6 . x ,. is measured at a given drain and a given magnetic field at a certain temperature to zero. Conversely, compensation can be achieved at a given temperature by changing the magnetic field. It follows from this that the control device is suitable for use in program controls. The device is connected to the room whose temperature is to stabilize 'in direct or indirect connection by being mounted entirely in the space with at stabilizing temperature or this space and the semiconductor section are connected by a good heat conductor.

Bei Gewährleistung einer konstanten Temperatur kann die Regeleinrichtung in Anlagen zum Konstanthalten der magnetischen Induktion als Organ zum Bilden des Grundsignals, der Differenz und als Fühler dienen.If a constant temperature is guaranteed, the control device in systems for keeping the magnetic induction constant as an organ for forming the Basic signal, the difference and serve as a sensor.

Die Einrichtung gestattet eine einfache und sichere Durchführung der beschriebenen Vorgänge. Sie kann in Kyrostaten zum Regeln außerordentlich niedriger Temperaturen, z. B. bei der Verflüssigungstemperatur von Sauerstoff, verwendet werden.The device allows a simple and safe implementation of the operations described. It can be extraordinarily lower in cryrostats for regulating Temperatures, e.g. B. at the liquefaction temperature of oxygen can be used.

Claims

Claims: 1. Temperature control device with a temperature-dependent semiconductor resistor as a temperature sensor in the form of a semiconductor plate arranged in the constant constant field of a magnet, which is connected to a direct current source with two current supply electrodes arranged on opposite sides and which each have a current discharge electrode on two opposite sides extending between these current supply electrodes ( Hall electrode) for picking up a temperature-dependent control voltage (Hall effect arrangement), characterized in that the current discharge electrodes (3, 4) are arranged offset from one another in the direction of the sides of the power supply electrodes (1, 2) in such a way that the temperature-dependent resistance of the between the Current derivation electrodes (3, 4) lying semiconductor piece, the voltage dropping and the Hall voltage are opposite to one another and with a predetermined magnetic field strength and be i assume the same value as the desired setpoint of the temperature.

2. Temperature control device according to claim 1 for program regulation of the temperature, characterized by a suitable organ for regulating the field strength to be specified, for example a relay. Contemplated publications: USA. Patents No. 2726312, 2650311;. Säernens-Zeitschrift, 1954, no . 8, pp. 373/374.