CS226865B1 - Převodník tepla - lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty - Google Patents

Description

(⁵⁴) Převodník tepla - lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty

Vynález sé týká elektronického převodníku tepla-lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty. Spadá do oboru Měřicí technika, měřeni mechanických veličin, elektrické měření teploty odporovými teploměry.

Odporové teploměry s termistorovým čidlem používají k převodu odporu tohoto čidla na elektrický signál různé typy převodníků, které musí zajistit především linearitu převodu a potřebnou úroveň výstupního signálů. Linearita převodní charakteristiky je prvořadé zvléátě v případech číslicového měření teploty.

K nejčastěji používaným metodám linearizace nelineární závislosti odporu termistoru na teplotě patří:

linearizace odporovou sítí, linearizace lineárně lomenou funkcí, použití více termistorů v jednom snímači teploty, linearizace funkčním měničem, linearizace úpravou stupnice vyhodnocovacího měřidla, linearizace počítačem, linearizace převodem teplota - časový interval, příp. další speciální.

Linearizace převodní charakteristiky odporovou sítí - sériově - paralelní kombinací odporů s termistorem - je výhodná tím, že provedení je obvodově jednoduché a levné. Nevýhodou tohoto způsobu je, že výpočet odporů je složitý, individuální pro každý termistor, rozsah linearizace je malý a výrazně se snižuje citlivost termistoru.

226 865

226 865

Linearizace pomocí lineárně lomené funkce se dosahuje zapojením tennistoru do vhodného uspořádání Wheatstoneova můstku. Vlastnosti jsou vpodstatě obdobné jako v předchozím případě. Linearizace užívající více termistorů v jednom snímači teploty je obdobná linearizaci odporovou sítí. Navíc se však připojuje ještě jeden nebo dva stejné termistory a celek je navržen tak, aby výstupní signál byl v co možná' nejširším rozsahu lineární funkcí měřené teploty. Vlastnosti tohoto uspořádání se v podstatě neliší od předchozích. Lze dosáhnout sice většího rozsahu použití, ale k dalším nevýhodám patří to, že se u nás nevyrábí dvojice či trojice termistorů v jednom pouzdře a metoda je vhodná pouze pro měření pomalu se měnících teplot (teplotní spád na snímači při dynamickém měření).

Linearizace převodní charakteristiky funkčním měničem je proveditelná několika způsoby. V podstatě jde o vytvoření inverzní funkce k funkci popisující převodní charakteristiku termistoru. Používají se jak klasické diodové měniče, tak v poslední době mikropočítače na bázi mikroprocesorů. Výhodou tohoto způsobu linearizace je široký rozsah měřené teploty s požadovanou přesností. K nevýhodám patří u analogových způsobů linearizace především teplotní závislost měničů, které še z důvodů prostorového oddělení snímače a měniče obtížně kompenzuje, u číslicových metod především složitost a nákladnost zařízení, pokud není ,k dispozici jednoúčelový mikroprocesor,

Linearizace stupnice vyhodnocovacího analogového měřidla je jednoduché a použitelná i u širšího rozsahu měřených teplot. Nevýhodou je však omezená přesnost dané vlastnostmi analogového měření a vyhodnocováni, nutný výběr termistorů a jejích kalibrace , problémy se zaměnitelností atd.

Linearizace počítačem - programově - umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti v celém rozsahu měřených teplot, je však značně nákladná a hodí se proto pouze pro měření s velkým počtem měřicích míst, nejvýhodněji se stejnými snímači. Informace o měřené teplotě není možné bezprostředně vyhodnocovat a sledovat v reálném čase.

Linearizace na principu převodu teploty na časový interval využívá exponenoiální průběh napětí (proudu) při nabíjení kondenzátoru. Je výhodná tím, že výstupní signál je přímo použitelný pro další číslicové zpracování. Nevýhodou je však opět omezený rozsah linearity.

Většinu výše uvedených nedostatků odstraňuje převodník teplota - lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že termistor je připojen na vstup proporcionálního převodníku odpor - napětí, jehož výstup je přes spínač připojen na paralelní spojení odporu a kondensátoru připojených na jeden vstup komparátoru, přičemž na druhý vstup komparátoru je připojen zdroj napětí a na výstup komparátoru je připojen vstup časovače ovládající spínač a tvořící svým výstupem výstup celého převodníku teplota - lineární elektrický signál.

Použitím obdélníkového periodického výstupního napětí u kterého se jeho perioda

226 865 skládá z první konstantní části určené použitým termistorem a podmínkami měření a druhé části odvozené od měřené teploty se docílí širšího rozsahu převodu v němž je kmitočet a střední hodnota výstupního napětí lineární funkcí měřené teploty.

Na připojeném výkresu je znázorněno zapojení převodníku·teplota - lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty.

Termistor 1, jehož průběh závislosti odporu na teplotě je dán vztahem /a/ n - o ~B/ 1 1 /

- R_o. e _Ψ - _To/ _/a/ kde Rj /Λ / je odpor termistoru 1 při teplotě T

R_q /£i/ je odpor termistoru 1 při teplotě Τθ ₉

Β /K/ je materiálová konstanta, která se považuje za stálou pro určitý rozsah teploty (s rostoucí teplotou se zvětšuje)

T /K/ je měřená teplota

T /K/ je vztažná teplota, které odpovídá odpor termistoru R_Q je připojen na vstup proporcionálního převodníku odpor - napětí 2, který neovlivňuje nelinearitu termistoru. Na výstupu převodníku odpor-napětí 2 je v první konstantní části periody výstupního signálu realizované dobou překlopení časovače 8 připojen přes spínač £ ovládaný časovačem 8 kondenzátor 2, který se nabije na napětí přímo úměrné odporu termistoru 1 dané vztahem /b/ ^UT ^{= K} ’ ^BT /b/ kde U_T /V/ je výstupní napětí převodníku odpor-napětí 2

K /V/-/1/ je převodní konstanta převodníku odpor-napětí 2 R_T /.O/ je odpor termistoru £.

V druhé části periody je spínač J rozpojen a kondenzátor 2 se vybíjí přes odpor £. Napětí na kondenzátoru 2 ^se porovnává komparátorem 7 a napětím zdroje 6. Při stejném napětí na kondenzátoru 2 i napětí zdroje 6 spustí komparátor 2 časovač 8 a tím skončí druhá část periody pravoúhlého periodického signálu odebíraného z výstupu 2·

Kmitočet výstupního napětí je lineární funkcí teploty podle vztahu /c/ f = -· . T /c/

R.C.B kde f /Hz/ je kmitočet výstupního signálu převodníku teplota-lineární elektrický signál pro termistorové čidlo teploty r za/ je hodnota odporu £

C /F/ je kapacita kondenzátoru 2 za předpokladu, Že doba trvání první konstantní části periody je určena vztahem /d/

226 865

kde

Střední hodnota = R.C f — - ln ( ^To /s/ je doba trvání první části periody výstupního signálu /V/ je napětí zdroje (5.

výstupního napětí pravoúhlého průběhu, popsaná.vztahem /e/

U = * ^Umax__. T /e/ ^s R.C.B kde U_o /V/ je střední hodnota výstupního napětí s „ /V/ je amplituda výstupního napětí m&x je rovněž lineární funkcí teploty a rozšiřuje tak možnosti vynálezu.

Claims (1)

1. Převodník teplota-lineérní elektrický signál pro termistorové čidlo teploty se vyznačuje tím, že termistor (1) je připojen na vstup proporcionálního převodníku odpor - napětí (2) jehož výstup je přes spínač (3) připojen na paralelní spojení odporu (4) a kondenzátoru (5) připojených na jeden vstup komparátoru (7) přičemž na druhý vstup komparátoru (7) je připojen zdroj napětí (6) a na výstup komparátoru (7) je připojen vstup časovače (8) ovládající spínač (3) a tvořící svým výstupem (9) výstup celého převodníku teplota-lineární elektrický signál.