Термозависимый потенциометр Советский патент 1987 года по МПК G01R17/20 G01K7/20 

Изобретение относится к области температурных измерений, в частности к термозависимым потенциометрам, и является усовершенствованием устройства, описанного в авТоСВо № 1191755.

Известен термозависимый потенциометр, содержащий три параллельно соединенных резистивных делителя, общие точки которых подключены к источнику

питания, причем первый резистивныый. fO диодов с потенциометром, включенным

делитель образован двумя постоянными резисторами, а каждый из двух других - терморезистором и постоянным резистором, образуют мостовую схему с терморезисторами в противоположных плечах, и включенную в диагональ моста диодную цепочку, образованную двумя однонаправленными диодами, вторую диодную цепочку, включенную в диаго- ,наль моста, диоды которой включены встречно по отношению к диодам первой диодной цепочки, и два потенциометра, включенных в каждой диодной цепочке между диодами, при этом подвижные контакты потенциометров соединены между собой и средней точкой первого резистивного делителя.

Целью изобретения является повьше ние точности воспроизведения температурных характеристик различных видов

На фиг.1 представлена схема термозависимого потенциометра; на фиг.2 - области возможных изменений выходных напряжений: d - известного устройств (сплошные линии) и 5- предлагаемого устройства (пунктирные линии) в диапазоне температур.

Термозависимый потенциометр (фиг.1 содержит три параллельно соединенных резистивных делителя, подключенных к источнику питания (не показан) с напряжением Е. Первый резистивный делитель состоит из двух постоянных резисторов 1 и 2 с одинаковыми сопротивлениями, а два других резистивных делителя - из терморезисторов 3 и 4 и постоянньгх резисторов 5 и 6 с одинаковым сопротивлением. Терморезисторы 3, 4 и резисторы 5, 6 образуют мостовую схему, в диагональ которой включены две диодных цепочки. Первая диодная цепочка состоит из диода 7, потенциометра 8 и диода 9, а вторая диодная цепочка - из диода 10, потен

циометра 11 и диода 12, причем диоды 55 первую диодную цепочку, создает паде- 7 и 9 включены в одном направлении, ние напряжения на потенциометре 8. а диоды 10 и 12 - в другом. Парал- При этом перемещение подвижного кон- лельно первой и второй диодным цепоч- .такта потенциометра приводит у изме- кам включены m дополнительных диод- нению выходного напря ения U.

ных цепочек. Число дополнительных цепочек может быть различным в зависимости от требуемой температурной характеристики термозависимого потенциометра (например, на фиг.1 термоза- висимьм потенциометр содержит три дополнительных цепочки 13,14 и 15). Каждая дополнительная цепочка содержит 2п последовательно включенных

5

0

0

в середине цепочки. Число диодов 2п в каждой цепочке зависит от требуемого вида температурной характеристики термозависимого потенциометра.

Первая дополнительная цепочка состоит из последовательно включенных диодов 16 и 17 (п,2) потенциометра 18 и диодов 19 и 20 (фиг.1). Вторая дополнительная цепочка содержит потенциометр 21 и 2n диодов 22 и 23, третья дополнительная цепочка содержит потенциометр 24 и 2г. Диодов 25 и 26. Подвижные контакты всех потенциометров соединены со средней точкой первого делителя, являющейся выходом термозависимого потенциометра относительно нулевой шины.

Термозависимый потенциометр работает следующим образом.

При нормальной температуре Тд (фиг.2) вследствие равенства сопротивлений 1 и 2, 5 и 6 выходное напря

жение Ugj|j( , напряжение в диагонали моста (фиг.26) равно нулю,

при этом ток через диодные цепочки отсутствует и выходное напряжение не зависит от положения подвижных контактов потенциометров.

При уменьшении температуры сопротивление терморезисторов 3 и 4 увеличивается, что ведет к увеличению падения напряжения на них, разбалан- сировке моста и соответственно к увеличению напряжения U, (фиг.26) в диагонали моста. По достижении в диагонали моста напряжения, равного удвоенному напряжению отпирания диода Uo. (,2-0,3 В для германиевых диодов и ,6 В для кремниевых диодов)

и 2Ua , при температуре Т-, первая диодная цепочка отпирается и начинает пропускать ток в прямом направлении. Остальные диодные цепочки остаются запертыми. Ток, протекающий через

Дальнейшее уменьшение температуры до температуры Т, приводит к увеличению напряжения U.. в диагонали моста и остается равным U., (как и и изведо значения, равного и., (где п,2), при этом дополнительная диодная цепочка открывается и начинает пропускать ток в прямом направлении, т.е. начинают работать одновременно две диодных цепочки, а остальные диодные цепочки остаются закры- тьгми и не участвуют в работе, причем диодная цепочка 13 работает и влияет на выходной сигнал аналогчно первой диодной цепочке за счет .тока, протекающего через цепочку.

Если предположить, что при дальнейшем уменьшении температуры до Тр будут работать только эти открытые цепочки, то область регулирования будет определяться положениями подвижных контактов двух потенциометров 8 и 18о Если подвижный контакт потенциометра 8 находится со стороны диода 7, то выходной сигнал в диапазоне температур от Т до Т изменяется аналогично сигналу в известном устройстве при любом положении потенциометра 13 (сплошная линия с Ц при Тр). А в диапазоне температур от Т,

W

стном устройстве) при любом положении потенциометра 18.. А от температ ры Т до температуры Т выходной сигнал может быть изменен потенциометром 18 в пределах области заштр хованной на фиг.2а вертикальными пр мыми линиями,, При температуре Т выходное напряжение равно Uj(U(j.fU3 и.,) при размещении подвижного контакта потенциометра 18 со стороны диода 17, равно U, - в среднем поло 15 жений; равно () при разме щении подвижного контакта потенциометра 18 со стороны диода 19 и принимает промежуточные значения от U, до и при промежуточных соответству ющих положениях подвижного контакта потенциометра 18.

Таким образом, одновременная работа двух диодных цепочек при пониженных температурах относительно но мальной Т,

го

25

LP/. п Г) iridilCXOWnC: 1 . 1 у J I Д-л ... V -Г

ДО Т ВЫХОДНОЙ сигнал потенциометром 18 может быть изменен в пределах области, заштрихованной на фиг.2а наклонными прямыми линиями сверху - вниз - налево. Если сопротивление резисторов 1 и 2 значительно больше сопротивления любого другого резистора, а сопротивление открытых диодов мало, то при температуре Tf выходное напряжение при изменении положения движка потенциометра 18 от вывода соединенного с диодом 17 до другого вывода, будет изменяться от и, ДО и, .

Если подвижный контакт потенциометра 8 находится со стороны диода 9, то выходной сигнал от температуры Т0 до Tj изменяется, как и в известном устройстве (сплошная линия с и2 при Т|.) при любом положении потенциометра 18. А от температуры Т до температуры Т выходной сигнал предлагаемого устройства потенциометром 18 может быть изменен от U до U в пределах области заштрихованной

30

40

45

50

.и позволяет расширить коли чество типов зависимостей выходного сигнала от температуры при выбранны положениях подвижных контактов поте циометров, В частности, в отличие о известного устройства, обеспечивающего только монотонные зависимости, можно получить и экстремальные зависимости с минимумом или максимумом выходного сигнала вблизи температуры Tj открывания дополнительной диодной цепочки 13. Кроме того, две диодных цепочки позволяют точно аппроксимировать желаемую температурную зависимость выходного сигнала в двух тем пературных точках (без учета Т), например в Т и Т, что повьшает точ ность аппроксимации или воспроизведения температурных завис1- 5остей.

Температура Tj. открывания дополнительной диодной цепочки 13 или тем пература дополнительной точки аппрок симаций определяются напряжением в диагонали моста и, (фиг „26) и количеством 2п диодов в диодной цепочке.

При использовании одного и того же моста с известной зависимостью напряжения диагонали моста от температуры температура открьтания дополнительной диодной цепочки может быть

на фиг.2а наклонными прямыми линиями выбрана с дискретом 2п выбором колисверху - вниз - направо.

Если подвижный контакт потенциометра 8 находится и срежнем положении, то выходной сигнал в диапазоне температур от Т;, до Т, не изменяется

W

стном устройстве) при любом положении потенциометра 18.. А от температуры Т до температуры Т выходной сигнал может быть изменен потенциометром 18 в пределах области заштрихованной на фиг.2а вертикальными прямыми линиями,, При температуре Т выходное напряжение равно Uj(U(j.fU3 и.,) при размещении подвижного контакта потенциометра 18 со стороны диода 17, равно U, - в среднем поло- 15 жений; равно () при размещении подвижного контакта потенциометра 18 со стороны диода 19 и принимает промежуточные значения от U, до и при промежуточных соответствуг ющих положениях подвижного контакта потенциометра 18.

Таким образом, одновременная работа двух диодных цепочек при пони женных температурах относительно нормальной Т,

го

25

30

0

5

0

.и позволяет расширить количество типов зависимостей выходного сигнала от температуры при выбранных положениях подвижных контактов потенциометров, В частности, в отличие от известного устройства, обеспечивающего только монотонные зависимости, можно получить и экстремальные зависимости с минимумом или максимумом выходного сигнала вблизи температуры Tj открывания дополнительной диодной цепочки 13. Кроме того, две диодных цепочки позволяют точно аппроксимировать желаемую температурную зависимость выходного сигнала в двух тем-, пературных точках (без учета Т), например в Т и Т, что повьшает точность аппроксимации или воспроизведения температурных завис1- 5остей.

Температура Tj. открывания дополнительной диодной цепочки 13 или температура дополнительной точки аппроксимаций определяются напряжением в диагонали моста и, (фиг „26) и количеством 2п диодов в диодной цепочке.

При использовании одного и того же моста с известной зависимостью напряжения диагонали моста от температуры температура открьтания дополнительной диодной цепочки может быть

выбрана с дискретом 2п выбором количества диодов. Причем каждая дополнительная диодная цепочка должна содержать одинаковое число п диодов с

двух сторон относительно потенциометра этой цепочки для симметричной работы потенциометра и обеспечения развязки по постоянному току относительно других диодных цепочек. Дополнительная диодная цепочка 13 обеспечивает получение второй дополнительной точки аппроксимации температурной зависимости. Количество точек аппроксимации может быть увеличено параллельным включением в том же направлении дополнительных диодных цепочек. Для получения аппроксимации выходного сигнала в диапазоне температур от TO до Тр (а также от Т до Tg) в К точках необходимо включить (К-1) дополнительных диодных цепочек. Причем количество 2п диодов каж,цой дополнительной диодной цепочки определяется из соотношения

iUk.l

2u:

й-: .

(1)

учитывающего то, что 2п должно быть целым, а температура отпирания соот ветствующей дополнительной диодной цепочки может быть несколько больше нормальной температуры TQ, чем тем- .пературная точка аппроксимации. В этом выражении U - напряжение в диагонали моста, соответствующее К-й точке аппроксимации температурной зависимости, абсолютное значение которой ( позволяет распространить вы- ралсение (1) на температуры больше и меньше нормальной температуры Тр.

Каждая дополнительная диодная цепочка работает аналогично описанным, причем дополнительные диодные цепочки не расширяют диапазон изменения выходного сигнала предлагаемого устройства, относительно известного (ограниченного сплошными линиями на фиг.2а, и напрйжениями U и U при температуре Т ), а разделяют всю область регулировки на области с различным характером температурной зависимости, увеличивая тем самым количество точек температурной аппроксимации, что позволяет увеличить точность воспроизведения температурных- зави- -симостей в К точках относительно температуры TO о

На фиг.1 в качестве примера показано включение второй дополнительной диодной цепочки 14с количеством дио- дов 2nj для получения третьей точки .(на фиг.2 третья точка не показана) аппроксимации температурной зависи

мости в области уменьшения температуры относительно нормальной Т и возможности получения еще двух экстремумов в температурной зависимости.

Рассмотренный режим работы термозависимого потенциометра при пониженных температурах относительно нормальной Тр может быть распространен и на повышенные температуры относительно нормальной до температуры Т . При повышении температуры относительно Т о первая диодная цепочка и дополнительные диодные цепочки 13 и 14 остаются все время запертыми и не

участвуют в работе. При достижении температуры Т , при которой напряжение в диагонали моста равно Uj,-2 Ufl, вторая диодная цепочка отпирается и начинает пропускать ток в прямом направлении. Ток, протекающий через вторую диодную цепочку, создает падение напряжения на потенциометре 11, и перемещение подвижного контакта потенциометра приводит к изменению выходкого напряжения в пределах области, ограниченной сплошными линиями на фиг.2а, при увеличении температуры относительно Т. При температуре Tj напряжение в диагонали моста (фиг.2б) достигает величины lI,,,-2niU и доN о 3

полнительная диодная цепочка отпирается. И далее с увеличением температуры от Т2 до Тр одновременно работают обе диодных цепочки, а область регулирования так же, как и при пониженных температурах, разделяется на области с различным характером температурной зависимости, например, области, заштрихованные на фиг.2а. В результате подключения одной дополнительной диодной цепочки 15 получаем возможность аппроксимации температурной зависимости в сторону увеличения температуры относительно Тр при двзгх f температур ах Т, и TJ., т.е. на единицу больше числа работающих в данном диапазоне температур дополнительных диодных цепочек.

Формула из обре тения

Термозависимый потенциометр по авт.св. № 1191755, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния точности воспроизведения темпера- тупных зСарактеристик различных видов, в него введено не менее одной дополнительной однонаправленной диодной цепочки, включенной параллельно первой и второй диодным цепочкам, при

этом каждая дополнительная диодная цепочка содержит последовательно соединенные через потенциометр группы из не менее одного диода, причем подвижные контакты потенциометров каждой дополнительной диодной цепочки соединены со средней точкой первогь резистивного делителя.

а

%

- -:

Тг Tj

Фие.2

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повьшение точности воспроизведения температурных характеристик различных видов. Первая дополнительная цепочка содержит потенциометр 18, диоды 19, 20, 16 и 17, вторая цепочка содержит потенциометр 21 и In диодов 22, 23. Третья цепочка содержит потенциометр 24 и 2Пз диодов 25 и 26. т/« II -jfi ffilrv I . у jffy . i. fft fO J 2f .Пз ffl 4 % Kp-gTy Фи&.1 Одновременная работа двух диодных цепочек при пониженной температуре относительно нормальной позволяет расширить количество типов зависимостей выходного сигнала от температуры при выбранных положениях подвижных контактов потенциометров 21, 18 и 24. Диодная цепочка 13 обеспечивает получение дополнительной точки аппроксимации температурной зависимости, количество которых может быть увеличено параллельным включением в том же направлении дополнительных диодных цепочек. При понижении температуры относительно нормальной в результате Подключения дополнительной цепочки 15 получает возможность аппроксимации температурной зависимости в сторону увеличения температуры относительно нормальной. 2 ил. с S (Л jfi ffilrv ffy . i. J at и 00 00 00 о 05 Вы% ustt -й 2f .Пз ffl p-gTy ГЧ) 0 0 Фи&.1

Редактор Н.Егорова

Составитель В.Куликов

Техред В.Кадар Корректор А.Ильин

Заказ 2498/32 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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