Способ преобразования температуры в напряжение и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01K7/24 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в составе измерительных систем для измерения температуры всевозможных объектов.

Цель изобретения - повышение точности путем исключения нелинейности преобразования, а также формирование выходного сигнала с полной девиацией его информативного параметра в полном диапазоне измерения в шкале практических температур,

Цель достигается тем, что в известном способе измерительного преобразования температуры, включающем формирование электрического сигнала с экспоненциальной зависимостью от температуры, логарифмирование этого .сигнала с формированием электрического сигнала температуры и формирование пропорционального ему временного интервала, сигнал температуры смещают по величине, сме- щенный сигнал подвергают интегрированию для формирования пилообразного напряжения, которое сравнивают с уровнем сигнала температуры, а в качестве выходного сигнала преобразования используют интервал от начала интегрирования до момента сравнения, при этом величину смещения электрического сигнала температуры выбирают равной произведению изменчивости последнего в диапазоне измерения на отношение абсолютной температуры начальной точки диапазона к величине последнего.

В устройстве для осуществления способа цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно включенные полупроводниковый терморезистор, преобразователь сопротивления в величину электрического сигнала и логарифмирующий каскад, двухвходовой компа- ратор и генератор пилообразного напряжения, включающий интегратор и источник напряжения, при этом выход интегратора подключен к одному из входов компаратора, к второму входу которого подключен выход логарифмирующего каскада, введен аналоговый сумматор, выход которого подключен к входу интегратора, источник напряжения подключен к неинвертирующему входу сумматора, а к его инвептиоующеел

С

00

;-А

00 СЛ

1ь 00

му входу подключен выход логарифмирующего каскада, при этом функция масштаби- рования суммируемых сигналов осуществляется выходным усилителем логарифмирующего каскада.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для осуществления способа; диаграммы фиг. 2 поясняют механизм реализуемой в способе компенсации нелинейности преобразования; на фиг. 3 приведена практическая схема устройства.

Устройство для измерительного преобразования температуры (фиг. 1) содержит последовательно соединенные полупроводниковые терморезистор 1, преобразователь 2 сопротивления в напряжение, логарифмирующий каскад 3, выход которого подключен к первому входу компаратора 4 и к инвертирующему входу сумматора 6, к неинвертирующему входу которого подключен выход источника напряжения 5, выход сумматора 6 подключен к входу интегратора 7, выход которого подключен к второму входу компаратора 4, с выхода которого снимается временной интервал, линейно зависящий от величины приращения температуры в диапазоне измерения (от практической шкалы температур, если ее нулевым значением считать начало диапазона измерения; при выборе начальной точки диапазона в 0°С формируется линейная зависимость выходного интервала от значения температуры в °С).

Электрическая схема преобразователя (фиг. 3) выполнена на операционных усилителях, в связи с чем в качестве электрического сигнала температуры выступает величина напряжения, над которым и производятся все промежуточные функциональные преобразования. При этом в схеме осуществляется два дополнительных функциональных преобразования - рассмотренная выше операция логарифмирования сигнала с экспоненциальной зависимостью от температуры и операция исключения из выходного сигнала преобразователя постоянной составляющей, определяемой различием в начальных значениях абсолютной шкалы температур и практической шкалы Цельсия. Необходимость второй операции связана с тем, что линейность сигнала температуры, формируемого на выходе логарифмирующего узла, обеспечивается, как отмечено ранее, только в шкале абсолютных температур; соответственно, его линейное преобразование во временной интервал обеспечит малый диапазон изменчивости последнего в соответствии с величиной диапазона измерения в масштабе абсолютной

шкалы. Для исключения упоминаемой постоянной составляющей в узле логарифмирования производится совместно с компенсацией неинформативной составля5 ющей напряжения, задаваемой обратным током диодов, компенсация напряжения, соответствующего нулю шкалы Цельсия в абсолютной шкале, путем выбора тока через компенсирующий диод логарифмирующего

0 узла. Поскольку в выражении для напряжения сигнала температуры последняя входит в знаменатель, то скомпенсированное разностное напряжение, подаваемое на компаратор для формирования заднего фронта

15 выходного временного интервала, будет содержать нелинейную составляющую, которая компенсируется введением напряжения сигнала температуры в указанном выше соотношении в состав опорного

0 напряжения, подаваемого на интегратор для формирования пилообразного напряжения. Сущность данной коррекции поясняется фиг. 2.

Таким образом, благодаря смещению.

5 электрического сигнала температуры с вы- . хода логарифмирующего каскада и интегри- рованию смещенного напряжения обеспечивается коррекция крутизны пилообразного напряжения с выхода интегрэто0 ра, приводящая, в конечном счете, к полной компенсации {исключению) нелинейной составляющей длительности выходного интервала.

Формула изобретения

5 1. Способ преобразования температуры, в напряжение включающий формирование электрического сигнала с . экспоненциальной зависимостью от температуры, логарифмирование этого сигнала с

0 формированием электрического сигнала

температуры и формирование пропорцио- . нального ему временного интервала, отличающийся тем, что. с целью повышения точности, электрический сигнал температу5 ры масштабируют, интегрируют и сравнивают полученное значение с заданным уровнем электрического сигнала температуры, при этом в качестве выходного сигнала преобразования используют интервал от

0 начала интегрирования до момента сравнения, а масштабирование первого сигнала температуры осуществляют на основе использования абсолютной шкалы температуры, а второго - практической шкалы

55 измеряемого диапазона.

2. Устройство для преобразования температуры в напряжение, содержащее последовательно включенные полупроводниковый терморезистор, преобразователь сопротивления в величину

электрического сигнала и логарифмирующий каскад, выход которого подключен к первому входу компаратора, и генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к второму входу компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инвертирующий усилитель и аналоговый сумматор, неинвертирующий вход которого

соединен с выходом источника напряжения, инвертирующий вход-с выходом логарифмирующего каскада, а выход - с входом генератора пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом компаратора.

Использование: в приборостроении в составе измерительных систем. Сущность изобретения: с целью повышения точности в качестве первичного преобразователя температуры использован термореэистор, устройство также содержит звено логарифмирования экспоненциального сигнала, масштабирующий каскад, интегратор и схему сравнения, на вход которой подключены выходы двух последних каскадов. 2 с.п. ф- лы, 3 ил.

и

:«

Фиг. 1

Фие. 2