Устройство для линейного преобразования температуры в частоту Советский патент 1986 года по МПК G01K7/22 

1 1

Изобретение относится к технике измерения и предназначено для измерения температуры с использованием промежуточного преобразования ее в частоту следования импульсов.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг. показана структурная схема устройства для линейного преобразования температуры в частоту; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 опроного напряжения, усилитель 2 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 3, источник 4 смещения, подключенный ерез первый резистор 5 к инвертирующему входу операционного усилителя 3, второй резистор 6, одним из контактов, являющимся входом усилителя 2 постоянного тока, подключенный к выходу источника 1 опорного напряжения и другим - к инвертирующему входу операционного усилителя 3, в отрицательную обратную связь которого включен полупроводниковый терморезистор 7, выход операционного усилителя 3, являющийся выходом усилителя 2 постоянного тока, соединен с третьим входом генег ратора 8 экспоненциально убывающего напряжения, выход которого подключен к одному из входов блока 9 сравнения, другой вход блока 9 сравнения соединен с источником 1 опорного напряже-. ния, а выход - непосредственно и через элемент 10 задержки с первым и вторым входами генератора 8 экспоненциально убывающего напряжения. Генератор 8 экспоненциально убывающего напряжения может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных конденсатора 11, одна из обкладок которого является входом генератора 8, и резистора 12, причем точка соединения другой обкладки конденсатора 11 и одного из выводов резистора 12 является выходом генератора 8, при этом другой выход резистора 12 подключен к шине нулевого потенциала. Кроме того, генератор 8 может содержать триггер t3, входы которого являются первым и вторым входами генератора 8. Выход триггера соединен с управляю- п{им входом аналогового ключа 14, причем ключ 14 подключен параллельно конденсатору 11. Блок 9 сравнения мо- жет быть выполнен, например, в виде операционного усилителя 15, неинвер246132

тирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а к инвертирующему одними из контактов подключены резисторы 16, другие контак5 ты которых являются входами блока сравнения, а выход операционного усилителя 15 - выходом блока сравнения.

Устройство работает следующим

10 образом.

Под действием измеряемой температуры,, временная диаграмма которой представлена на графике 17, изменяется сопротивление терморезистора 7,

)5 что вызывает изменение выходного

напряжения операционного усилителя 3, временная диаграмма которого приведена на графике 18. Выходное напряжение Uyn, операционного усилителя 3

0 определяется выражением

и... -(и„ Г RJ -| ((.„- , - CV(1--f)-uJt.-|M.

где и,.,- величина напряжения опорного

источника 1;

величина сопротивления терморезистора 7;

RJ,- величина сопротивления резистора 6;

I, величины входных токов соответственно инвертирующего и неинвертирующего входов 5 операционного -усилителя 3;

f,.- величина ЭДС смещения усилителя 3; R - величина сопротивления резисt-M

тора 5;

0

и,- величина напряжения источни М

ка 4 смещения.

Величину напряжения источника 4 смещения устанавливают в соответствии с выр 1жением -(„+ ), тогда

и«пг ., Je,R. Напряжение Uy под.ается на третий вход генератора 8 экспоненциально убывающего напряжения, при этом его выходное напряжение U, , временная диаграмма которого для и„ О представлена на графике 19, изменяется по закону

Ur,. и,„, I - и, -(и„ + I,, к„) -Ь

f - основание натуральног о логарифма;

t - текущее время; t - постоянная RC-иепочки, состо- щей из конденсатора 11, и параллельно включенных резисторов 12 и 16. - и с учетом R А . , Т - текущая температура; В - постоянное терморезистора 7.

А Г .-1

г,(и„- г R.)

е

При этом величина тока, протекаю- |щего на одном из входов блока 9 сравнения, подключенного к выходу генер.атора 8 через резистор 16, определяется выражением

Т .-У01,

- R..

а величина тока на другом входе блока 9, подключенном к источнику 1 опорного напряжения

I

Uc

R..

6х ,

где К. , R, - величины сопротивл 1

НИИ соответственно

резисторов 16.

При достижении током 1, значения, при котором i + 1„д О выходное напряжение оперсчционного усилителя 15, временная диаграмма которого приведена на графике 20, за счет высокого коэффициента усиления операционного усилителя в разомкнутом состоянии скачком изменяет свое значение. Этот сигнал, поступая на первый вход генератора 8, устанавливает триггер 13 в такое состояние, при котором ключ 14 замыкается и закорачивает обкладки конденсатора 11, последний, разряжаясь, устанавливает генератор 8 в исходное состояние, при этом генератор 8 переходит в режим ожидания. Время t , прошедшее от начала генерирования, экспоненци- .ально убывающего напряжения до момента закорачивания обкладок конденсатора 11, можно определить из равенства

i + i О

Чо

или при

. -.

Ur -Uc

Г5« «

о - ie.R. -1: .t 12- -г fn f (-а-}-

- Ь „ - А J

и с учетом погрешности t определе- ния момента t, обусловленной наличием порога чувствительности у блока 9 сравнения, определяемой формулой

,.„ 1в,,„,.,.,,..

Через время, определяемое величиной временной задержки t элемента 10 задержки, сигнал на его выходе, временная диаграмма которого приведена на графике 21, вернет триггер 13

генератора 8 в исходное состояние. Выходной сигнал триггера13, временная диаграмма которого представлена на графике 22, поступая на управляющий вход аналогового ключа 14,

размыкает его, прерывая режим ожидания генератора 8. В этот момент начинается очередной цикл генерирования экспоненциально убывающего напряжения. Общее время, прошедшее от

начала генерирования экспоненциально убывающего напряжения до момента появления сигнала на выходе элемента 10 задержки, можно определить из

выражения

t t .

Если выбрать

vM (s:;-o:))6х

45

Б

получим t --- .

Таким образом, на выходе устройства, в качестве которого можно использовать выход блока 9 сравнения, выход элемента 10 задержки или вход триггера 13, формируется импульсная последовательность с частотой

Т f -V-- , прямо пропорциональной

L D

измеряемой температуре . При этом в предлагаемом устройстве за счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от измеряеS

мой температуры, достигается устранение дополнительной погрешности,, обусловленной наличием входного то на инвертирующем входе реального усилителя постоянного тока, а такж наличием порога чувствительности реального блока сравнения.

Формула изобретения

вающего напряжения, выход которою подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу генератора экспоненциально убывающего напряжения и через элемент задержки - к его второму входу, отлич ающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен источник смещения, через третий резистор подключенный к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, выход источника опорного напряжения подключен к второму входу блока сравнения, выход усилителя посУстройство для линейного преобра- зования температуры в частоту, содержащее источник опорного напряжения, через первый резистор подключенный к инвертирующему входу усилителя пос- 5 тоянного тока связан с третьим входом тоянного тока со вторым резистором генератора экспоненциально убывающе- в цепи его отрицательной обратной го напряжения, а второй резистор связи, генератор экспоненциально убы- выполнен термочувствительным.

Составитель Н.Макаров Редактор Н.Киштулинец Техред И.Попович Корректор М.Шароши

Згказ 1941/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп. Проектная,4

вающего напряжения, выход которою подключен к первому входу блока сравнения, выход которого подключен к первому входу генератора экспоненциально убывающего напряжения и через элемент задержки - к его второму входу, отлич ающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен источник смещения, через третий резистор подключенный к неинвертирующему входу усилителя постоянного тока, выход источника опорного напряжения подключен к второму входу блока сравнения, выход усилителя постоянного тока связан с третьим входом генератора экспоненциально убывающе- го напряжения, а второй резистор выполнен термочувствительным.

Изобретение относится к технике измерения и предназначено для измерения температуры с использованием промежуточного преобразования ее в частоту следования импульсов. Цель изобретения - повышение точности устройства. Для зтого в устройство введен источник смещения 4, а резистор 6 выполнен термочувствительным. Устройство содержит также источник 1 опорного напряжения, усилитель 2 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 3, резисторы 5, 12, 15 и 16, полупроводниковый терморезистор 7, генератор 8, блок 9 сравнения, злемент 10 задержки, конденсатор 11, аналоговый ключ 13 и операционный усилитель 14. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет произвести за счет соответствующего выбора величины временной задержки, независимой от измеряемой температуры, устранение дополнительной погрешности, обусловленной наличием S входного тока на инвертирующем входе усилителя 2 постоянного тока, а также наличием порога чувствительности блока 9 сравнения. 2 ил. (Я с: 1 Ю Э О5