Цифровой измеритель температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к измерениям температуры и давления, а именно к цифровым измерителям температуры и давления, работающим совместно термометрами сопротивления и мостовыми тензометрическими преобразователями, например, структуры кремний - сапфирв

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже приведена принципиальная схема предложенного цифрового измерителя температуры.

Измеритель содержит источник 1 то ка, датчик (термометр сопротивления) 2, второй токовый вывод которого соединен через переменный резистор 3 с- выходом операционного .усилителя (рУ) 4 и вторым входом опорного напряжения -Up аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5 о Поспедователь- ная цепь, состоящая из потенциометра 6, первого 7 и второго 8 образцовых резисторовi включена между шинами питания -Е и +R, Параллельно второму образцовому резистору 8 подключены управляющие входы источника 1 токае Точка соединения потенциометра б и первого зталонного резистора 7 подсоединена к второму сигнальному входу -иgx АЦП 5, первый сигнальный вход которого +Ue x соединен с первым потенциальным выводом датчика 2, Движок потенциометра 6 подключен к неинвертирующему входу ОУ 4 инвертируюищй вход которого соединен с вторым потенциальным выводом датчика 2о Точка соединения второго токового вывода датчика 2 с переменным резистором 3 подключена к первому входу опорного напряжения +U(,p, АЦП 5, Источник 1 тока реализует функцию линейного преобразования напряжения на управлягоцих входах в выходной ток и выполнен на операционном усилителе 9, выход которого соединен с затвором полевого транзистора Ю Инвертирующий вход ОУ 9 соединен с истоком полевого транзистора 10, а.через резистор 11 - с первым управляющим входом источника, вторым удравляю- щим входом является .неинвертирующий вход ОУ 9о Сток полевого транзистора 10 выход.источника 1 тока.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

При подаче напряжеьшя питания на клеммь( +Е и -Е f, на потенциальных .

выводах датчика 2 устанавливается напряжение, равное

J+Enl + 1-Enl R3 RT+R2+R3

U(0

R(0), (1)

где R1,R2,R3,R4 - сопротивления потенциометра 6, образцовых резисторов 7 и 8 и резис-- тора 11;

К(б) сопротивление датчика 2 при температуре в „

С учетом относительного положения движка (/ потенциометра 6 напряжение Ug на сигнальных входах АЦП 5

J5

20 определяется выражением

и(0) M - J-±Iiei3J

RI+R2+R3

R1 -о/.

(2)

Напряжение на выводах переменного резистора 3 UQ и, соответственно, - на входах опорного напряжения АЦП 5, определяется величиной тока, питающего датчик 2, умноженной на величину сопротивления переменного резистора Зо Выразив величину тока через напряженияшин питания и сопротивления резисторов и потенциометра, можно записать выражение для опорного напряжения U,, АЦП 5 .в следующем виде:

Uoa

+l-Enl R3 RT+R2 iR3

R5, (3)

где R5 - сопротивление переменного резистора 3 при определенном положении его Движка, АЦП 5, в качества которого может, быть применен любой АЦП двухтактного интегрирования с дифференциальными входами или с устройствами выборки- хранения, например микросхема аналого-цифрового преобразователя двух тактного интегрирования типа К572ПВ2, реализует выполнение операции деления величины напряжения на сигнальных входах на величину напряжения, поступающего на входы опорного напряжения,

С учетом этого для показаний цифрового измерителя температуры N(0) имеет место выражение

R4

ад -й-«« --Is-if

W

Предположим, что аналитическое выражение для градуировечной характеристики датчика определяется выражением

1597602°

ливают нулевые показания АЦП 5, после чего датчик 2 помещают в кипящую воду и.перемещением движка переменного резистора 3 устанавливаются показа- I ПИЯ 100,0°С„

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений температуры при использовании терморезистивных термопреобразователей с линейной градуировочной характеристикой. Измеритель содержит источник тока 1, термометр сопротивления 2, включенный по четырехпроводной схеме, резисторы 3, 6-8, операционный усилитель 4 и аналого-цифровой преобразователь 5. Выходной сигнал измерителя пропорционален измеряемой температуре и не зависит от величины измерительного тока, проходящего через термометр сопротивления 2, а значит, и от стабильности источника тока 1. Схема измерителя позволяет осуществлять компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составляющих градуировочной характеристики термопреобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

R(e)

где RO RO(I+/JQ),

(5)

сопротивление термопреобразователя при 6 0°С; /Ь - температурный коэффициенте Подставив (5) в (А), можно записать функцию преобразования цифрового- измерителя температуры в следующем виде:

N(6) /ь ||--9- R, R4 Rl

R5

Пусть величины сопротивлении резисторов R1,R3,R4,R(, удовлетворяют условию

(6) примет вид; (7)

Анализ функции преобразования (7) и функции преобразования известного измерителя показывает, что погрешность измерения предложенного измерителя определяется в основном, разбросом температурных козффициентов сопротивления примененных резисторов и . составляет в варианте с медным термометром сопротивлений, операционным усилителем 153УД5, АЦП 572ПВ2 и резисторами С2-29В около 0,1 С,

Для того, чтобы известный измеритель имел подобные точностные параметры, необходимо использовать сложные терМОстабильные схемы источника тока и источника напряжения, цепи питания которых должны быть гальванически развязанными от источника питания ,

Предложенная схема позволяет осу- тцествлять компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составлягацих градуировоч ной характеристики для конкретно примененного датчика. Для этого датчик температуры помещают в двухфазную систему вода - лед и путем перемеще- ния движка потенциометра 6 устанав

(5)

Формул а

зобретения

е оо/.

6)

т

;

10

15

20

7) о риоп. и

ижанитау-оч-рик; е-

25

30

35

40

45

50

55

1, Цифровой измеритель температуры, содержащий аналого-цифровой преобразователь, источник тока, выход которого подключен к первому токог вому выводу термометра сопротивления, второй токовый вывод котброго соединен с первым выводом переменного резистора, последовательно соединенные первый образцовый резистор и потенциометр, первый крайний вывод которого под1шючен к шине питания, а точка соединения второго крайнего вывода потенциометра и первого вывода первого образцового резистора соединена с одним сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя, другой сигнальный вход которого подключен к первому потенциальному выводу термометра сопротивления, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности измерения температуры, в него введены второй образцовый резистор, включенный между второй шиной питания и вторым выводом первого образцового резистора, и операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом переменного резистора, неинвертирующий вход операционного-усилителя соединен с движком потенциометра, а его инвертирующий вход - с вторым потенциальным выводом термометра сопротивления, к управлягацим входам источника тока, выполненного регулируемым подключен второй образцовый резистор, а входы опорного напряжения аналого- цифрового преобразователя соединены с выводами переменного резистора.

2„ Измеритель по п,1, о т л и- чающий ся тем, что источник тока выполнен по схеме преобразователя напряжение-ток на втором операционном усилителе,постоянном резисторе и полевом транзисторе, затвор которого соединен с-выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго образцового резистора, второй вывод которого соединен че-

15976028

рез постоянный резистор с инверти-зистора, сток которого соединен с

° ° ° -ерационногопервым токовым выводом .ра

усилителя и истоком полевого трак-сопротивления.