Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/01 

11 Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с полупроводниковым термопреобразова телем. Целью изобретения является повыше ние точности измерения температуры. На чертеже приведена функциональная схема устройства для измерения температуры. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, первый и второй модуляторы 2 и 3, управляемый переключатель 4, один из входов которого соединен с общей (земляной) шиной устройства 5, сумматор 6, избиратель ный усилитель 7, фазочувствительный выпрямитель 8, интегратор 9, индикатор 10, делители напряжения 11 и 12, генератор тактовых импульсов 13, полупроводниковый термопреобразователь 14, выполненный в виде размещенных на одном кристалле и последовательно соединенных полупроводниковых диодов 15 и 16, точка соединения которых является дополнительным третьим входом. Каждый из модуляторов 2 и 3 (на чертеже показана конструкция только модулятора 2) содержит два управляемых ключа 17 и 18, последовательно соединенных между входом и общей шиной, к точке соединения которых подключен повторитель напряжения 19. Выходы первого модулятора и источника опорного напряжения через четыре резистора 20-23 подключень к входам первого 24 и второго 25 дифференциальных усилителей, выход второго усилителя 25 соединен с затвором полевого транзистора 26, исток транзис тора соединен с инвертирующим входом второго усилителя 25, а сток подключен к точке соединения диодов. I В качестве термопреобразователя 14 можно использовать, например, диф :ференциапьную пару транзисторов (в диодном включении) типа 156 ilTI или диодные сборки типа КДС 627А, параметры которых согласованы с большой точностью, т.е. они имеют равные зна чения объемных сопротивлений базы. Устройство для измерения температуры работает следующим образом. Опорное напряжение Ид, источника 1 опорного напряжения поступает на резисторы 20 и 23 и одновременно на первый ключ 17 модулятора 2. С генератора 13 тактовых импульсов на уп22равляющий вход модулятора 2, т.е. на управляющие входы ключей 17 и 18, работающих в противофазе, поступает управлякнцее напряжение И оцр в виде меандра с частотой ig . Это напряжение управляет работой модулятора 2 таким образом, что при наличии на выходе генератора 13 положительного перепада IJ цпр. первый ключ 17 открыт, а второй ключ 18 закрыт. При этом вход повторителя напряжения 19 подключен к источнику 1 опорного напряжения. При появлении на выходе генератора 13 отрицательного перепада Utjnp, первый ключ 17 закрыт, а второй ключ 18 открыт. При этом вход повторителя 19 подключен к общей шине с нулевым потенциалом. В результате на выходе модулятора 2 с частотой появляются импульсы напряжения, амплитуда которых равна U оп -В качестве парафазных ключей 17 и 18 в модуляторах 2 и 3 могут быть использованы, например, двунаправленные ключи серии 590КНЧ, а в качестве повторителя напряжения 19, например, операционный усилитель типа 140 УД14. Такое построение модуляторов устраняет влияние остаточного сопротивления ключей и их изменений на работу модуляторов, так как входной ток повторителя напряжения, выполняющего функции согласующего каскада, очень мал. При работе модулятора 2 напряжение в общей точке соединения резисторов 20-22 и на неинвертирующем входе усилителя 25 и соответственно падение напряжения на резисторе 22 принимают два значения с частотой ff, : l i Uon-K.i , Ua-U.n-4, а падение напряжения на резисторе 23 принимает два значения: из оп Jfln Uon 2 j Uj. Uon-UonK , где KI , kg - коэффициенты передачи по напряжению делителя, образованного резисторами 20-22, в общую точку соединения этих резисторов, когда резистор 21 подключен к источнику 1 опорного напряжения и к общей шине устройства. R, , R;Ri+R,R,R,R5 ,R.R,R,+ , . где R, , R сопротивления резисторов 20, 21 и 22 соответственно При выполнении условия R, fi R(, . , k .ГТ2 - Из (1) и (2) видно, что переменные составляющие напряжений на резис торах 22 и 23 находятся в противофазах. При этом ток через резистор 22 и, соответственно, через диоды 15 и 16 принимает два значения: 1 .к 1 v о а ток через резистор 23, т.е. ток стока полевого транзистора 25 и дополнительный ток через диод 16, также принимает два значения: I -Нни.. R/ ц R Ч где R - сопротивление резистора 23 В результате через диод 16 перио дически протекают токи Ii и 12 ,-а через диод 16 соответствующие сумма ные токи: . ., -т и-1,Ц-(,1- Л Этим токам через диоды 15 и 16 соот ветствуют переменные составляющие напряжений на них. На диоде 15 9 Т - измеряемая температура, - постоянная Больцмана, заряд электрона, л +.„ , - объемное сопротивление базы диоды 15, - сопротивление кабеля, сое диняющего инвертирующий вход усилителя 24 с диодо 15 термопреобразователя На диоде 16 V j и К-,- LIon(K,-4l(f-R -це Г2 Tgj- объемное сопротивление базы диода 16J Rf2 сопротивление кабеля, соединяющего выход усилителя 24 с диодом 16. При условии, чтог,, К, т.е.г,.Г2,. ,, и з 2 f 4 ,(«) вторые слагаемые в вьфажениях (9) и (10) равны (по модулю). Переменные составляющие напряжений на диодах 15 и 16 Ua ,5 «Uai, как и соответствующие им переменные составляющие на резисторах 22 и 23, находятся в противофазах. Подставив (12) и (11) в (10) и просуммировав последнее с (9), получим переменную составляющую bU на выходе усилителя 24 кт , k,() )Напряжение Uj на выходе управля емого переключателя 4 находится Р противофазе с напряжением ill и равно:Uj.UonK,,/ (I4V где К,| - коэффициент передачи делителя 11 напряжения. Напряжение Ug на выходе делителя напряжения 12 равно ; п - напряжение на выходе ингдетегратора 9, Кд - коэффициент передачи делителя напряжения 12. В установившемся режиме переменная составляющая напряжения на выходе сумматора 6 равна нулю. В результате напряжение на выходе интегратора 9 равно ,т 1СД14КО ,,. .щ Как видно из выражений (16), напряжение на интеграторе и, соответственно, показания индикатора линейно связаны с температурой р-п-перехода и не зависят от объемного сопротивления базы диода, сопротивления

511732026

соединительного кабеля и их измененийленной начальной точки шкалы отсчеи от начального тока, диода.та.

С помощью переключателя 4 можноПоложениям С, Ф и К переклюизменять величину напряжения Uon- К j,,,5 чателя 4 соответствуют шкалы Цельсия

обеспечивая тем самым зада гае опреде-Фаренгейта и Кельвина.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее полупроводниковый термопреобразователь, источник опорного напряжения, подключенный к первому входу первого модулятора, последовательно соединенные фазочувствительньй выпрямитель, ин тегратор и индикатор, генератор тактирующих импульсов, выход которого соединен с управляющими входами фа- зочувствительного выпрямителя и модулятора, резисторы, полевой транзистор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два делителя напряжения, два дифференциальных усилителя, избирательный усилитель, сумматор, управляемый переключатель и второй модулятор, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вход соединен с выходом интегратора, а выход через первый делитель напряжения подключен к первому входу сумматора, выход которого через избирательный усилитель подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, а второй вход соединен с выходом управляемого переключателя, входы которого соединены соответственно с общей шиной устройства и выходами второго делителя напряжения, вход которого подключен к выходу первого модулятора, при этом термопреобразователь, выполненный в ви-де последовательно соединенных дио§ дов , включен между инвертирующим входом и выходом первого дифференци(Л ального усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, а точка соединения диодов подключена к-стоку полевого транзистора, затвор и исток которого подключены соответственно к выходу и инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход которого через первый,. второй и третий резисторы подключен соответственно к выходу модулятора, инвертирующему входу первого дифференциального усилителя и источнику опорного напряжения, соединенному через четвертый резистор с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя.

и

е.