Способ преобразования температуры в частоту Советский патент 1991 года по МПК G01K7/22 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в измерителях температуры для преобразования температуры терморезистора в частотный сигнал.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет снижения перегрева терморезистивного преобразователя измерительным током.

На фиг.1 приведено устройство для реализации способа, пример выполнения; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Сущность способа заключается в следующем.

Термопреобразователь с сопротивлением, изменяющимся по закону в

RT Ает ,

где Т - температура;

е - основание натуральных логарифмов; А.В. - постоянные коэффициенты.

Формирует первое напряжение Ui, величина которого прямо пропорциональна сопротивлению RT

&

fe

Ui U0

RT

где U0 - постоянное напряжение;

RTMHH - величина сопротивления термопреобразователя при минимальном значении измеряемой температуры.

Затем формируют второе напряжение Uz. изменяющееся по закону убывающей экспоненты

U2 Uoe /,

где t - текущее время:

Л - постоянная времени.

Сравнивают первое и второе напряжения с момента равенства напряжений, второе формируют с увеличенной в( Ттакс|Ггггин)

О

о

00 00

2

раз постоянной времени, где Тмакс, Тмин - соответственно Максимальное и минимальное значения измеряемой температуры.

После увеличения постоянной времени формирование второго напряжения осуще- ствляют до момента равенства третьему напряжению

U3 U0

RT

макс

R

т мин

где Р тмакс - величина сопротивления термопреобразователя при максимальном значении измеряемой температуры.

Определяют момент равенства второго и третьего напряжений и, соответственно, длительность интервала времени от момента начала формирования второго напряжения до момента равенства второго и третьего напряжений, далее формируют импульсную последовательность с периодом, равным определенной длительности временного интервала.

При этом время t, прошедшее с начала формирования второго напряжения до мо- мента равенства абсолютных значений первого и второго напряжений, определяемое из уравнения Ui 1)2 с учетом Нтмин В . ,,.,, RT

1/Т

Ае

Ui U0

I МИН

RT,

1)2 Uoe

n / 11

составит ti TI В ( )

I мин I /

Время t2, прошедшее с момента равенства абсолютных значений первого и второго напряжений до момента равенства абсолютных значений второго и третьего напряжений, определяемое из уравнения U2 из с учетом, что второе напряжение в это время начинает изменяться по закону

.. RT т1 . В

U2 Uo

е га

RT мин

ставит t2 - tz В ( у

Т,

1

1

t1 +t2

- , соТмакс

При этом частота импульсного сигнала, определяемая выражением f

0

5

0

ния, первый компаратор 11, второй компаратор 12, потенциометр 13, второй усилитель 14, резисторы 15 и 16, третий усилитель 17 и резистор 18.

На фиг.2 представлены временные диаграммы, где 19 - временная диаграмма измеряемой температуры; 20 - временная диаграмма процесса формирования второго напряжения и формирования первого и третьего напряжений; 21 -диаграмма сигнала на выходе компаратора 11; 22 - временная диаграмма сформированной импульсной последовательности.

Устройство работает следующим образом.

Преобразование сопротивления термопреобразователя в первое напряжение Ui осуществляется при помощи источника 1 опорного напряжения, подключенного через резистор 4 к входу усилителя 3, с термопреобразователем 2 в цепи отрицательной обратной связи, при этом напряжение усилителя 3 равно

25

Ui -U0

RT R4

где R4-сопротивление резистора 4, которое выбирается равным RTMHH, формирование второго напряжения осуществляют с помощью RC-цепи, состоящей из конденсатора 5 с емкостью С, обкладки которого зашунтированы ключом 9, при замкнутом ключе 7 на выходе повторителя 10 формируется напряжение

И

П

R6 RB

Re + RS

Сравнение напряжений Ui и U2 осуществляется компаратором 11, В момент равенства напряжений по сигналу компаратора 11 размыкается ключ 7, отключая от резистора 6 резистор 8 с сопротивлением Re, при этом постоянная времени становится равной величине Т2 Ree при выполнении условия

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность преобразования. Формируют первое напряжение, величина которого пропорциональна сопротивлению термопреобразователя. Затем формируют второе напряжение, изменяющееся по закону убывающей экспоненты. В момент равенства первого и второго напряжений второе напряжение начинают формировать с увеличенной постоянной времени. От этого же момента отсчитывают длительность интервала времени до момента равенства второго напряжения третьему напряжению. После этого формируют импульсную последовательность с периодом, равным измеренному интервалу времени, пропорциональному, в свою очередь, температуре. 2 ил.

учетом Т2

I макс

составит

f v ч р. т.е. будет пропорциональна

измеряемой температуре.

Способ может быть реализован с помощью устройства.приведенного на фиг.1.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, термопреобразователь 2, первый усилитель 3, резистор 4, конденсатор 5, резистор 6, первый ключ 7, резистор 8, второй ключ 9, повторитель 10 напряжеRe

i мин

Re + Ra Тмакс

I мин

5

Формирование напряжения осуществляется с помощью потенциометра 13. Момент равенства второго и третьего напряжений фиксируется компаратором 12. При срабатывании компаратора 12 происходят замыкание ключа 9 и, соответственно, разряд конденсатора 5, что ведет к повторному срабатыванию компараторов 11,12, размыканию ключа 9 и замыканию ключа 7

и т.д. При этом на выходе компаратора 11 формируется импульсная последовательность с частотой f ,---г В , пропорциоU2 Т1)

нальной измеряемой температуре.

Формула изобретения Способ преобразования температуры в частоту, заключающийся в формировании первого напряжения U1, формировании второго напряжения U2, сравнении по абсолютной величине первого и второго напряжений, изменении в момент их равенства постоянной времени второго напряжения и формировании импульсной последовательности с определенным периодом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, формирование первого напряжения осуществР

с ляют по закону Ui Uop---

ЬКт мин

где U0 постоянное напряжение; RT текущее сопротивление термопреобразователя; Рттин - сопротивление термопреобразователя при минимальной температуре, а постоян- ную времени при формировании второго напряжения в момент равенства абсолютных значений первого и второго напряжений

увеличивают в , где Тмакс, Тмин I мин

соответственно максимальное и минимальное значение измеряемой температуры.

19

Т2 T1

21

)

ПП П П

22

I

Фиг, 2

V

t /f Книнп - 4и0;ъ

11

Нг2-Ы&-2 I

-t