Устройство для измерения температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K7/01 

1

(21)4324219/24-10

(22)03.11.87

(46)15.12.89. Бюл. № 46

(72)С.К. Никифоров, В.Т. Стадник,

А.Е.Николаев, О.Г. Тюрин и В.П. Налов

(53)536.53(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1352242, кл. G 01 К 7/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1268968, кл. G 01 К 7/00, 1984.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Изобретение относится к темпе- ратурным измерениям и позволяет повысить точность измерения температуры поверхности тел. Транзисторы 2, 3, расположенные на теплоаоспринимающей пластине, находящейся в контакте с объектом измерения, поочередно с

помощью ключей 11, 12 включаются в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 13, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное температурам транзисторов 2, 3. На первый вход сумматора 9 через третий ключ 6 и второй фильтр 8 поступает сигнал с выхода усилителя 4 постоянного тока, пропорциональный температуре транзистора 2. На первый вход сумматора 9 с выхода операционного усилителя 13 через усилитель 16 переменного напряжения синхронный детектор 5 и первый фильтр 7 поступает сигнал, пропорциональный разности температур транзисторов 2 и 3. На выходе сумматора 9 формируется сигнал, пропорциональный температуре контролируемой поверхности, поступающий на индикатор 10. 2 ил.

§ (Л

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность измерения температуры поверхности тел. Транзисторы 2, 3, расположенные на тепловоспринимающей пластине, находящейся в контакте с объектом измерения, поочередно с помощью ключей 11, 12 включаются в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 13, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное температурам транзисторов 2, 3. На первый вход сумматора 9 через третий ключ 6 и второй фильтр 8 поступает сигнал с выхода усилителя 4 постоянного тока, пропорциональный температуре транзистора 2. На первый вход сумматора 9 с выхода операционного усилителя 13 через усилитель 16 переменного напряжения, синхронный детектор 5 и первый фильтр 7 поступает сигнал, пропорциональный разности температур транзисторов 2 и 3. На выходе сумматора 9 формируется сигнал, пропорциональный температуре контролируемой поверхности, поступающий на индикатор 10. 2 ил.

3

Изобретение относится к температурным измерениям и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред.

Целью изобретения является повьпп ние точности измерения путем уменьшения погрешности измерения связанной с различием температур транзисторов первичного преобразователя температуры.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - переходные характеристики, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит первичный пробразователь температуры 1, состоящ из двух транзисторов 2 и 3, закрепленных один над другим на тепловос- принимающей пластине (на фиг. 1 платина не показана), усилитель 4 постоянного тока, синхронный детектор ключ 6, первый и второй фильтры 7 и 8 нижних частот, сумматор 9, индикатор 10, ключи 11 и 12, операционный усилитель 13, токозадающие резистор 14 и 15, усилитель 16 переменного нпряжения и тактовый генератор 17.

Устройство работает следующим образом.

При соприкосновении тепловоспри- нимающей пластины первичного преобразователя с объектом контроля, име

щим температуру Т | (фиг. 2, кривая 1), сначала нагревается транзистор 2 (кривая 2 на фиг. 2), а затем транзистор 3 (кривая 3 на фиг. 2). При этом вследствие теплоотвода по корпусу тепловоспринимающей пластины первичного преобразователя температуры в окружающую среду установившееся значение температуры транзистора 2

от температуры устанавливается один ковой с помощью токозадающих резист ров 14 и 15, подключенных к источни ку опорного напряжения (на фиг. 1 и точник опорного напряжения не показан) с напряжением Ug относительно общей шины устройства, соединенной неинвертирующим входом операционног усилителя 13. Амплитуда импульсов п дения напряжения на переходах база- змиттер транзисторов 2 и 3 пропорци ональна их температурам и изменяетс в соответствии с кривыми 2 и 3 (фиг. 2). Сигнал на выходе усилителе переменного напряжения 16 и постоянного тока 4 равен сумме сигналов от транзисторов 2 и 3. Усилитель переменного напряжения 16 усиливает толь ко переменную составляющую, а усилитель постоянного тока 4 - весь сигнал. Выходное напряжение усилителя переменного напряжения 16 детектируется синхронным детектором 5, резуль татом чего является сигнал (фиг. 2, кривая 4), пропорциональный разности температур ДТ транзисторов 2 и 3, и поступает на вход фильтра 7. Выходно напряжение усили1еля постоянного тока 4, пропорциональное температурам транзисторов 2 и 3, поступает на клю 6, на вькод которого проходит сигнал, пропорциональный температуре Т транзистора 2.После фильтра 8 сигнал, пропорциональный температуре транзис тора 2, суммируется в сумматоре 9 с сигналом, поступающим с фильтра 7, а затем в виде напряжения Ug, , пропорционального температуре объекта контроля (кривая 5 на фиг. 2), посту пает на индикатор 10.

Таким образом сигнал на выходе устройства (кривая 5 на фиг. 2) несе в себе информацию о разности темпе40

(К,Т,+К,.ЬТ)

ниже температуры контролируемого объ- . ратур транзисторов 2 и 3, а также о екта Т на величину ДТ,, а температу- температуре транзистора 2, Он равен ра транзистора 3 ниже температурыU

транзистора 2 на величину &Т. Разности температур & Т, и &Т зависят от температур окружающей среды и объекта контроля. Разность температуры

50

где S - чувствительность к температу ре прямого напряжения на переходах база-эг- иттер транзисторов 2 и 3; К, и К -соответственно коэффициенты усиления сигналов усилителя 4 постоянного тока с ключом 6 и усилителя переменного напряжения 16 с синхронным детектором 5, которые определяются по соотношениям

М изменяется в соответствии с кривой 4 (фиг. 2).

Транзисторы 2 и 3 поочередно через ключи 12 и 13 подключаются к операционному усилителю 13. При этом зависимость прямого напряжения на переходах ба;за-змиттер транзисторов 2 и 3

0

5

о

0

от температуры устанавливается одинаковой с помощью токозадающих резисторов 14 и 15, подключенных к источнику опорного напряжения (на фиг. 1 источник опорного напряжения не показан) с напряжением Ug относительно общей шины устройства, соединенной с неинвертирующим входом операционного усилителя 13. Амплитуда импульсов падения напряжения на переходах база- змиттер транзисторов 2 и 3 пропорциональна их температурам и изменяется в соответствии с кривыми 2 и 3 (фиг. 2). Сигнал на выходе усилителей переменного напряжения 16 и постоянного тока 4 равен сумме сигналов от транзисторов 2 и 3. Усилитель переменного напряжения 16 усиливает только переменную составляющую, а усилитель постоянного тока 4 - весь сигнал. Выходное напряжение усилителя переменного напряжения 16 детектируется синхронным детектором 5, результатом чего является сигнал (фиг. 2, кривая 4), пропорциональный разности температур ДТ транзисторов 2 и 3, и поступает на вход фильтра 7. Выходное напряжение усили1еля постоянного тока 4, пропорциональное температурам транзисторов 2 и 3, поступает на ключ 6, на вькод которого проходит сигнал, пропорциональный температуре Т транзистора 2.После фильтра 8 сигнал, пропорциональный температуре транзис- тора 2, суммируется в сумматоре 9 с сигналом, поступающим с фильтра 7, а затем в виде напряжения Ug, , пропорционального температуре объекта контроля (кривая 5 на фиг. 2), поступает на индикатор 10.

Таким образом сигнал на выходе устройства (кривая 5 на фиг. 2) несет в себе информацию о разности темпе5

0

(К,Т,+К,.ЬТ)

ратур транзисторов 2 и 3, а также о температуре транзистора 2, Он равен U

где S - чувствительность к температуре прямого напряжения на переходах база-эг- иттер транзисторов 2 и 3; К, и К -соответственно коэффициенты усиления сигналов усилителя 4 постоянного тока с ключом 6 и усилителя переменного напряжения 16 с синхронным детектором 5, которые определяются по соотношениям

K,U(

к,и,(1-т, Т

(2) -; )(S ЛТ,)- (.3)

где U - величина выходного сигнала, пропорциональная температуре поверхности объекта контроля при статистической погрешности, равной нулю. При таких коэффициентах передачи величина выходного сигнала точно соответствует температуре поверхности

объектг. контроля. При настройке конк- JQ ния, в него введены три ключа, оперетног экземпляра устройства коэффициент.. К;, и Kj уточняются по сле- .ей методике: первичный преобразователь устройства помещается в термостат с температурой Tj, (при выполняются условия , Т, Т) и изменением ко ффициепи а усиления yCHJni .ejj M постоянпс- Г-о т;жа 4 добиваются равенства (корректировка К); расположив первичный преобразователь на образповой поверхности градуировочного стенда, температура которого Т|, , и, изменяя коэффициент усиления усилителя переменного напряжения 16, устанавливают выходной сигнет Up.,| 1

(корректировка К.).

обр

е н и

УстроГгство для измерения температуры, содерж;лцее ,и рвичный преобразователь температурь, состоящш ит тепловоспт1инимаюи1ей пластины, на которой расиоложень; один над другим два тр;;;г иг ropd, эмиттеры которых соединены входаь и усилителя переменн(1го нагшяженин и усилителя

Сг ставител. R, Куликов

Те-.редМ.ХоданичКорректор М. Васильева

Гирлж 573

ВНШШИ Государ:: ; .-iPi HQ комитета по изоьретенилм и открытиям njiH ГКНТ СССР 1 L3035, Москва, Ж-35, Ра тяская каб., д. 4/5

постоянного тока, синхронный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя переменного напряжения, а первый управляюпшй вход подключен к первому выходу тактового генератора, сумматор, первый фильтр и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности иэмере50 5

0

5

рационный усилитель, источник опорно I o напряжения, sTopofi фильтр и два токозадающих резистора, первые выводы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, а вторые вьшоды - с объединенными коллекторами и базами соответственно первого и второго транзисторов, эмиттеры которых соединены с выходом одера- ционного усилителя, неинвентирующий вход которого соединен с общей шиной, а инве}гтирую1дий вход через первый и второй ключи - с вторыми выводами соответственно первого и второго токозадающих резисторов, причем управ- ЛЯЮ1ДИЙ вход первого ключа соединен с первььм выходом тактового генератора, второй выход которог о соединен с управляющим входом второго ключа, вторым управляющи м н ходом cinixpoHuo- го детектора управляющим входом третьего ключа, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, выход через второй фильтр соединен с первым входом сумматора, вькод которого подключен к индикатору, а второй вход через первый фильтр соединен с выходом синхронного детектора.

Подписное