Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K11/24 

1

Изобретение относится к термометрии, а именно к ультразвуковым термометрам.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, снабженньй возбудителем и приемником, источник питания, схему измерения П.

Однако это устройство не обладает требуемой точностью измерения из-за погрешности, возникающей при определении времени задержки ультразвукового импульса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры содержащее датчик температуры с возбудителем и приемником, источники питания, операционные усилители, биполярные и полевые транзисторы, емкости и резисторы .2.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения из-за нелинейности зависимости

выходного напряжения от измеряемой температуры.

Цепь изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены операционные усилители, светодиод, фоторезистор, биполярные транзисторы и сдвоенный полевой транзистор, причем возбудитель датчика соединен с затвором первого полевого транзистора, под- . ключенного стоком к одному из контактов первой емкости, коллектору первого транзистора и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого закорочен с его выходом и соединен с истоком второго полевого транзистора, затвор которого соединен с npHeFrНИКОМ датчика, а сток подключен к первому контакту второй емкости и неинвертирующему входу второгь операционного усилителя, инвертирукиц вход которого подключен ко второму резистору, инвepтиpyющe fy входу третьего операционного усилителя и катоду светодиода, связанному анодом электрически с выходом второго операционного усилителя и оптически связанному с фоторезистором, подключенным одним контактом к инвертирующему входу и выходу третьего операционного усилителя, а вторым контактом - к неинвертирующему входу четвертого операционного усипителя и первому стоку сдвоенного полевого транзистора, вторым стоком связанного с одной выходной клеммой и коллектором второго транзистора, а затвором связанного с выходом четвертого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с третьим резистором и коллектором третьего транзистора, база которого связан с четвертым резистором, одним электр дом стабилитрона и базой второго тран зистора, эмиттер которого соединен через пятый резистор, а эмиттер третьего транзистора - через шестой резистор со вторым электродом стабилит рона, и через седьмой резистор - с эмиттером первого транзистора, база которого подк.ттючена к базам второго и третьего транзисторов, при этом, в рой выходной клеммой устройства служит общая шина, к которой подключены исток первого полевого транзистора, истоки сдвоенного полевого транзисто вторые контакты первой и второй емко тей и вторые контакты второго, треть го и четвертого резисторов. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит возбудитель 1 датчика температуры, полевой транзис тор 2, конденсатор 3, транзистор 4, резистор 5, усилитель б, полевой тра зистор 7, приемник 8 датчика темпера туры, конденсатор 9, усилитель 10, светодиод И, резистор 12, усилитель 13, фоторезистор 14, сдвоенный полевой транзистор 15, операционный усилитель 16, выходную клемму 17, транзистор 18, резистор 19, транзистор 2 резистор 21, стабилитрон 22, резисто 23 и 24, источники 25 и 26 питания. Устройство работает следующим образом. При подаче зондирующего импульса с возбудителя 1 конденсатор 3 разряжается полевым транзистором 2. После окончания действия этого импульса напряжение на конденсаторе 3 линей74но нарастает по закону U-7/c--fc. Ток 3 вырабатываемый транзистором 4, определяется напряжением на стабилитроне 22 и сопротивлением резистора 5, Буферный усилитель 6 обеспечивает линейность нарастания напряжения на конденсаторе 3. При появлении на выходе приемника 8 датчика импульса, задержанного во времени по отношению к зондирующему импульсу за счет прохождения ультразвуковой волны в исследуемой среде, открывается на время действия этого импульса полевой транзистор 7 и конденсатор 9 заряжается до напряжения U(t), пропорционально времени t. Это напряжение благодаря усилителю 10 остается практически постоянным в период времени между импульсами с приемника 8. Интенсивность излучения светодиода I1 прямо пропорциональна току, протекающему через него, определяется напряжением U(t) и величиной сопротивления резистора 12. При этом проводимость G фоторезистора 14 также пропорциональна U(t). Приложенное к фоторезистору напряжение U(t) через операционный усилитель 13 вызывает протекание через него тока I G U(t) (t), который протекая через один из каналов сдвоенного полевого транзистора 15, образует падение напряжения , где R - сопротивление канала. Причем операционный усилитель 16 автоматически поддерживает это напряжение постоянным благодаря управлению сдвоенного полевого транзистора 15 таким образом, что напряжение на стоке первого канала равно падению напряжения на резисторе 24, питаемого источником тока, выполненного на элементах 20-23. Через второй канал сдвоенного полевого транзистора 15 проходит ток Здо источника тока, выполненного на элементах 18,19, 22 и 23, причем сопротивление обоих каналов одинаково. Вследствие этого, падение напряжения на канапе 1 м Г опос -(9 Таким образом, напряжение на выходе схемы Ugjjj f/t Скорость распространения звука в газовой среде пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры среды. При фиксированном расстоянии между возбудителем I и приемником 8 датчика время прохождения ультразвуковрго сигнала t Таким образом, выходное напряжение пропорционально измеряемой температуре устройства 5 Ug,//t T, ЧТО способствует повьшению точности измерения. Кроме того, предлагаемое устройство технологично, позволяет упростить процесс определения температуры, прос то реализуется, в нем повышаются эксплуатационные свойства, упрощается процесс расшифрования экспериментальных данных. Представляется возможность при использовании ЭВМ обеспечит минимальную загрузку памяти, так как градуировочная характеристика предлагаемого ультразвукового термометра описывается полиномом первой степени. Формула изобретения Устройство для измерения температу ры, содержащее датчик температуры с возбудителем и приемником, источники питания, операционные усилители, биполярные и полевые транзисторы, резисторы и емкости, отличающееся тем, что, с целью повьшени точности, в устройство дополнительно введены два операционных усилителя, светодиод,фоторезистор,два биполярных транзистора и сдвоенный полевой транзис тор, причем возбудитель датчика соединен с затвором полевого транзистора, подключенного стоком к одному из контактов первой емкости, коллектору транзистора и неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инверти рующий вход которого закорочен-с его выходом и соединен с истоко второго полевого транзистора, затвор которого соединен с приемником датчика, а сток подключен к контакту второй емкости и неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен ко второму резистору, инвертирующему входу тре57тьего операционного усилителя и катоду светодиода, соединенному анодом с выходом второго операционного усилителя и оптически связанному с фоторезистором, подключенным одним контактом к инвертирующему входу и выходу третьего операционного усилителя, а вторым контактом - к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя и первому стоку сдвоенного полевого транзистора, вторым стоком соединенного. с одной выходной клеммой и коллектором второго транзистора, а затвором связанного с выходом четвертого операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с третьим резистором и коллектором третьего транзистора, база которого соединена с четвертым резистором, одним электродом стабилитрона и базой второго транзистора, эмиттер которого подключен через пятый резистор, а эмиттер третьего транзистора - через шестой резистор со вторым электродом стабилитрона, и через седьмой резистор - с эмиттером первого транзистора, база которого подключена к базам второго и третьего транзисторов, при этом второй выходной клеммой устройства служит общая шина, к которой подключены исток первого транзистора, истоки сдвоенного полевого транзистора, вторые контакты первой и второй емкостей и вторыеконтакты второго третьего и четвертого резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Научные труды высших учебных заведений Штовской ССР. Ультразвук. 1976, № 8, с. 81-85. 2.Wauerniann .UHraschaW- fAessun sthneEE veranoierC-ictier G;ot9temperoituren. EEectroviik, 97f, H,5, , b9 -7а-(прототип).