Преобразователь разности температур в напряжение Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений разности температур.

Известны измерительные преобразователи разности температур в напряжение, в которых в качестве первичных преобразователей температур используются терморезисторы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления, источник тока, два операционных усилителя и масштабирующий, усилитель.

Недостатком устройства является низкая точность.

Цель изобретения - повышение точности преобразования разности температур в напряжение.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы, первый операционный усилитель, выход которого соединен с первым выведем первого терморезистора, инвертирующий вход соединен с вторым выводом первого терморезистора, а неинвертирующий вход соединен с первым выводом второго терморезистора, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом второго терморезистора, а инвертирующий вход - с третьим вы-v водом второго терморезистора, введе- рны дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, первый, второй и третий ключи, информационные вхо- ,аы которых объединены между собой

и подключены к первому выводу источника тока, второй вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, вход старшего разряда дешифратора подключен к управляющему входу преобразователя, а нулевой, первый и второй выходы соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход генератора импульсов соединен с входом младшего разряда дешифратора, первый вывод образцового резистора объединен с выходом третьего ключа и подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а второй вывод - с общей шиной преобразователя, причем выход первого ключа соединен с третьим выводом первого терморезистора, четвертый вывод которого соединен с выходом преобразователя, а выход второго ключа соединен с четвертым выводом второго терморезистора.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, дешифратор 2, источник 3 тока, первый k, второй 5 и третий 6 ключи, первый терморезистор 7, первый операционный усилитель 8, второй терморезистор 9, второй операционный усилитель 10, образцовый резистор 11, управляющий вход 12 преобразователя, нулевой 13, первый И и второй 15 выходы дешифратора, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 выводы первого терморезистора, первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 выводы второго терморезистора, общую шину 2k преобразователя и выход 25 преобразователя.

Преобразователь имеет два режима работы, в каждом из которых с помощью генератора 1 импульсов и дешифратора 2 реализуется двухтактный алгоритм управления ключами k - 6.

Генератор 1 импульсов, работающий в автоколебательном режиме, выраба- тывает прямоугольные импульсы, длительность которых равна половине периода, а амплитуда соответствует уровню логического сигнала 1. Выход генератора 1 соединен с входом младшего разряда дешифратора 2, преобразующего двоичный код в позиционный. Значение старшего разряда / входного кода дешифратора 2 определяется логическим сигналом, поступающим на управляющий вход 12 преобразователя ,

Если на управляющий вход 12 преобразователя подается сигнал О, преобразователь работает в режиме преобразования разности сопротивлений терморезисторов 7 и 9 в напряжение, В этом режиме в первом такте преобразования на нулевом выходе 13 дешифратора 2 вырабатывается логический сигнал 1, а на первом 1 и втором 15 выходах дешифратора - сигна5 лы О, в результате чего первый ключ , управляющий вход которого подключен к нулевому выходу дешифратора 2, находится в замкнутом состоянии, а второй 5 и третий 6 ключи, управляющие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам дешифратора 2, находятся в разомкнутом состоянии.

Выходной ток 10 источника 3 тока,

5 протекая через замкнутый ключ k и первый терморезистор 7, создает на терморезисторе 7 падение напряжения, определяемое выражением

Ч«

- U17 I0R,

(1)

где U о и и - потенциалы соответственно четвертого 19 и второго 17 выводов первого терморезис- , тора 7,

1Ц - сопротивление первого терморезистора 7. С помощью первого 8 и второго 10 операционных усилителей потенциал U fi второго вывода 17 терморезистора 7 поддерживается равным

и Е + I Ru + E2 + IZR0, (2)

где Е - напряжение смещения первого операционного усилителя 8j

11 - входной ток неинвертирующего входа операционного усилителя 8;

Ел - напряжение смещения второго операционного усилителя 10, - входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилителя 10, R6 - сопротивление образцового резистора 11{

R- - сопротивление второго терморезистора 9.

Напряжение U Q1J на выходе 25 преобразователя в первом такте, равное

потенциалу четвертого вывода 19 первого терморезистора, определяется выражением

T0R(+E,+ I,R4 + EZ+TZR0

(3) Во втором такте преобразования вырабатывается логический сигнал 1 на первом выходе И дешифратора 2, a на нулевом 13 и втором 15 выходах дешифратора 2 вырабатываются логические сигналы О, в результате чег ключ 5 переходит в замкнутое состояние, ключ k - в разомкнутое сое- тояние, а ключ 6 остается в разомкнутом состоянии. При этом ток 1в, создаваемый источником 3 тока, протекает через замкнутый клюй 5 и второй терморезистор 9. Кроме того, через терморезистор 9 протекает входной ток 1ц неинвертирующего входа первого операционного усилителя 8,

Результирующий ток (IQ+I,) создает на терморезисторе 9 падение напряжения, определяемое выражением

U

2о

игг (Io h

где и и2г - потенциалы соответственно первого 20 и третьего 22 выводов терморезистора 9

Второй операционный усилитель 10 поддерживает потенциал третьего вы- вода 22 терморезистора 9 равным

U22 EZ -ь ,(5)

Первый операционный усилитель 8 поддерживает потенциал второго вы- вода 17 первого терморезистора 7 ра вным

иго + Е, .(6)

Как следует из выражений (k) - (6), напряжение на выходе 25 преобразователя во втором такте преобразования определяется выражением

U 2 - I0Rz + E,-HtR4 +

+ Е + .(7)

Первый и второй такты попеременно чередуются, в результате чего на выходе 25 преобразователя вырабатывается напряжение ступенчатой формы, амплитуда U переменной составляющей которого пропорциональна разности сопротивлений первого и второго терморезисторов и не зависит от

входных гоков и напряжений смещений операционных усилителей:

«a luDJ-u 2 |

2 |Рм-кг

(8)

JQ оjj20

25

30.

jc

40

§

50

ej

В том случае, когда на управляющий вход 12 преобразователя поступает логический сигнал 1, преобразователь работает во втором режиме, в котором преобразуемой в напряжение величиной является выходной ток источника 3 тока. В этом режиме на нулевом 13 и первом 1 выходах дешифратора 2 и в первом, и во втором тактах преобразования вырабатываются логические сигналы О, а на втором выходе 15 дешифратора 2 в первом такте вырабатывается логический сигнал 1, а во втором такте - сигнал О, в результа е чего ключи Ь и 5 постоянно находятся в разомкнутом состоянии, а ключ 6 в первом такте находится в замкнутом, а во втором такте - в разомкнутом состоя- 1

НИИ ,

В первом такте выходной ток IQ источника 3 тока протекает по цепи, образованной замкнутым ключом 6 и образцовым резистором 11. Кроме того, через образцовый резистор 11 протекает входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилителя 10, Результирующий ток, протекающий через образцовый резистор 11, создает на нем падение напряжения, определяемое выражением.

и„ (10 + 1г) R0. (9).

Напряжение на выходе преобразователя в первом такте равно:

(le-Ht)R0+Et+I,R2+E0. (Ю)

I

Во втором такте через образцовый резистор 11 протекает только входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилителя 10, а выходное напряжение преобразователя определяется выражением

« I2R0+E2+ . (11)

Вследствие чередования первого и второго тактов на выходе 25 преобразователя формируется ступенчатое (напряжение, амплитуда переменной составляющей которого пропорциональна выходному току источника тока:

ОН

12

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для построения прецизионных дифференциальных термометров. С целью повышения точности преобразования разности температур в напряжение в преобразователь, содержащий два терморезистора, источник тока и два операционных усилителя, дополнительно введены дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, три ключа и соответствующие связи, которые исключают погрешность, обусловленную неидеальностью операционных усилителей, а также обеспечивают возможность коррекции погрешности, обусловленной нестабильностью источника тока. 1 ил.