CS276041B6 - Jednotka pro měřeni teplot - Google Patents

Abstract

•Řešeni patři do oboru elektrická měřeni teplot odporovými teploměry, kde měřicími čidly jsou termistory se záporným teplotním součinitelem odporu. 3e řešen problém měřeni teplot na více místech (tj. přepínáni jednotlivých čidel) e problém linearizace teplotní charakteristiky použitých termistorů. Přepínáni termistorových či- .del se děje pomoci dvou analogových multiplexerů a operačního zesilovače. Operační zesilovač dodává přes Jeden z analogových multiplexerů ne vybraný termistor měřici nepětl a přes druhý analogový multiplexer kontroluje velikost tohoto napětí. Otázka linearlzece nelineární teplotní charakteristiky termistorů je Částečná řešena nelineárním zesilovačem, který Je vytvořen z dalšího' operačního zesilovače s teplotně kompenzovaným diodovým funkčním měničem ve zpětná vazbě. Konečná linearlzece je realizována člslicbvě v návazném mikropočítači. Řešeni může být využito zejména v oboru klimatizace pro měřeni širokého rozsahu teplot i jinde, kde rozeeh teplot spadá do pracovního rozsahu použitých termistorů.

Description

Vynález se týká Jednotky pro měřeni teplot pomocí termistorových čidel se záporným teplotním součinitelem odporu. Vynález řeší problém přepínání jednotlivých čidel a problém linearizace teplotní závislosti odporu termistoru.

K měřeni teploty pomoci termistorových .čidel se použivaji různé typy převodníků odporu na jinou veličinu, která je potom měřena. Touto veličinou bývá elektrické napětí, proud, kmitočet nebo časový interval. Při tomto převodu ee potom provádí linearizace teplotní charakteristiky termistoru. Běžné metody lineerizace jsou následující l linearizace šérloparalelnlm spojením termistoru s dalšími odpory, která je poměrně levná, ale přináší sníženi citlivosti termistoru} linearizace použitím zapojeni e vlče termistory, která umožňuje měřeni v širším rozsahu teplot, ale naráží na problém zajištění vhodných kombinaci termistorů v jednom pouzdře; linearizace pomoci funkčních měničů, která zachovává citlivost i velký rozsah měřeni, ale použité funkční měniče jsou náročné na množství přesných součásti a bývají teplotně závislé; linearizace pomoci počítače - kde je použit pro zpracováni výsledků měřeni počítač, lze problém linearizace přesunout až do programové části počítače, nevýhodou je však nutnost zajištit převodník odporu na číslo 8 velkým rozsahem výstupních hodnot. Je-li výstupním signálem převodníku odporu ns jinou veličinu kmitočet nebo časový interval, přináší to zjednodušeni obvodů při následném číslicovém zpracováni. Podstatou převodníku zde bývají zpravidla RC obvody s přechodnými ději. Aby výstupní signál nebyl ovlivněn vlastnostmi vedeni od termistoru, je třeba převodník umístit k termistoru co nejblíže, čímž je ztíženo snímáni teplot vlče různě vzdálených termistorů jedním pevně umístěným zařízením. .

Uvedené nedostatky odstraňuje jednotka pro měření teplot pomoci termistorů se záporným teplotním součinitelem odporu, sestávající dále z invertoru, analogových multiplexerů, diodového funkčního měniče a řídicí jednotky podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že všechny termistory jsou jedním vývodem připojeny ne invertujlci vstup prvního operačního zesilovače, na jehož výstup je jednak připojen invertor, jehož výstup je připojen na výstupní svorku celé jednotky pro měření teplot, jednak je odtud přes diodový funkční mšnič, napájený zdrojem kladného napětí vůči nulovému potenciálu a zdrojem záporného napětí vůči nulovému potenciálu, zavedena záporná zpětná vazba do invertujlciho vstupu tohoto prvního operačního zesilovače, a druhé vývody termistorů jsou připojeny přes první analogový multiplexer k výstupu druhého operačního zesilovače a zároveň přes druhý analogový multiplexer k invertujicímu vstupu tohoto druhého operačního ; zesilovače, jehož neinvertujici vstup je propojen se spojem prvních vývodů prvního odporu a druhého odporu, přičemž první odpor je druhým vývodem připojen na zdroj kladného napětí a druhý odpor Je druhým vývodem apojen 8 neinvertujicím vstupem prvního operačního zesilovače a anodou teplotně kompenzační diody, jejíž katoda je spojena s nulovým potenciálem, přičemž odpovídající si adresní vstupy prvního i druhého analogového multiplexeru jsou navzájem spojeny a propojeny ne adresní výstupy řídicí jednotky. Výhodné provedeni jednotky pro měřeni ^teplot spočívá v tom, že výstupní svorka jednotky pro měření teplot je propojena s analogovým vstupem řídicí jednotky tvořené mikropočítačem.

Výhodou popsaného vynálezu je to, že při dostatečně rychlém přepínáni termistorů lze jednou jednotkou pro měřeni teplot podle vynálezu nahradit několik současně měřicích jednotek, což znamená úsporu zvláště tam, kde je třeba měřit teploty průběžně ne více místech. Další úsporu znamená použiti pouze částečné linearizace teplotní charakteristiky termistorů. Tato úspora spočívá jednak ve zjednodušeni diodového funkčního měniče, a tim minimalizaci nároků na množství přesných stabilních součástek, jednak v tom, že návazný analogově-člslicový převodník může být s menším rozsahem výstupních hodnot a tedy i levnější než bez použiti linearizace. Částečnou linearizací teplotní charakteristiky termistoru se zde rozumí taková úprava závislosti výstupního napětí

CS 276 041 86

Jednotky pro měřeni teplot na teplotě termistoru, která tuto závislost v požadovaném pracovním rozsahu teplot zhruba přibliž! přímce. Děje se tak téměř skokovými změnami zesílení vytvořeného nelineárního zesilovače v závislosti na vstupním signálu, tedy teplotě termistoru. Částečná linearizace zajišťuje, aby strmost závislosti výstupního napětí na teplotě termistoru byla dostatečně velká ve všech bodech závislosti. V daném bodě závislosti Je dostatečně velká taková strmost, kdy se při změně teploty termistoru o určitý minimální interval, který Je dán požadovanou rozlišovací schopnosti v tomto bodě, zrněni výstupní napěti minimálně o takovou hodnotu, Jakou Je schopen rozlišit návazný analogově-člslicový převodník. Konečná linearizace se potom provádí číslicově v mikropočítači. Teplotni závislost, Jež bývá nevýhodou diodových funkčních měničů. Je tady kompenzována použitím teplotně kompenzační diody. Při multiplexnim způsobu měřeni se předpokládá periodické střídáni všech měřených míst. Za předpokladu dostatečně rychlého přepínání lze při výpočtu výkonového zatíženi termistorů měřicím proudem počítat se středni hodnotou výkonu na termistoru, která Je několikrát menši, než hodnota maximální v okamžiku vlastniho měřeni. Je tedy možno při měřeni použivat vyšších výkonů, aniž by došlo k nežádoucímu zahřátí termistorů, a tím ke zkresleni výsledků měření. Odtud plyne nižší citlivost na různá průmyslová rušení u Jednotky pro měření teplot podle vynálezu v porovnání s dosud uživanýml způsoby měřeni. Vhodnou volbou odporů diodového funkčního měniče lze tvarovat závislost výstupního napěti Jednotky pro měřeni teplot ne teplotě termistoru tak, aby tato závislost vykazovala v různých místech různou Strmost a měnit tak rozlišovací schopnost zařízení v závislosti na měřené teplotě.

Na připojeném výkresu je znázorněno obvodové schéma konkrétního provedeni jednotky pro měřeni teplot.

Jednotka pro měřeni teplot pomoci termistorů se záporným teplotním součinitelem odporu, invertoru a řidiči jednotky je provedens tak, že všechny termistory 1 až 16 jsou jedním vývodem připojeny na invertujici vstup prvního operačního zesilovače 19, na Jehož výstup je jednak připojen invertor 2J, Jehož výstup Je připojen na výstupní svorku 38 celé Jednotky pro měřeni teplot. Jednak je odtud přes diodový funkční měnič 23 až 31, napájený zdrojem 37 kladného napěti vůči nulovému potenciálu a zdrojem 36 záporného napětí vůči nulovému potenciálu, zavedena záporná zpětná vazba do invertuJicího vstupu tohoto prvního operačního zesilovače 19, a druhé vývody termistorů 1_až 16 jsou připojeny přes první analogový multiplexer 17 k výstupu druhého operačního zesilovače 20 a zároveň přes druhý analogový multiplexer 18 k invertujicimu vstupu tohoto druhého operačního zesilovače 20, Jehož neinvertujici vstup je propojen se spojem prvních vývodů prvního odporu 32 a druhého odporu 33. První odpor 32 je druhým vývodem připojen na zdroj 37 kladného napětí a druhý odpor 33 je druhým vývodem spojen a neinvertujícím vstupem prvního operačního zesilovače 19 a anodou teplotně kompenzační diody 22, JeJiž katoda je spojena s nulovým potenciálem. Odpovldajlci si adresní vstupy prvního i druhého analogového multiplexeru £7, 18 jsou navzájem spojeny a propojeny na adresní výstupy 39 řídicí jednotky 40. Výstupní svorka 38 jednotky pro měření teplot je s výhodou propojena s analogovým vstupem 41 řídicí Jednotky 40 tvořené mikropočítačem.

Záporná zpětná vazba z výstupu prvního operačního zesilovače 19 do Jeho invertujiciho vstupu přes diodový funkční měnič 23 až 31 je provedena tak, že výstup prvního operačního zesilovače 19 je spojen s odpory 26, 28 a 30. Druhý vývod odporu 26 je přes odpor 27 spojen se zdrojem 36 záporného napětí. Oruhý vývod odporu 28 je přes odpor 29 spojen se zdrojem 37 kladného napěti. Druhý vývod odporu 30 je přes odpor 31 také spojen se zdrojem 37 kladného napětí. Spoje mezi odpory 26 a J7, 28 a 29, 30 a 31 jsou jednotlivě spojeny s katodami diod 23, 24, 25. Anody těchto diod 23 až 25 jsou vzájemně

CS 276 041 B6 propojeny a zavedeny do invertujiciho vstupu prvniho operačního .zesiloveče 19. Odpory 26 až 31 a diody 23 až 25 tvoří diodový funkční měnič. Jenž spolu s prvním operačním zesilovačem 19 vytváří obvod pro částečnou linearizaci teplotní charakteristiky termistoru. Invertor 21 slouží pro získání výstupního napětí kladné polarity. Analogové multiplexery .17 a 18 tvoři spolu s druhým operačním zesilovačem 20 obvod pro přepínání termistorů. Výběr termistoru Je řízen adresnimi vstupy analogových multiplexerů. Obvod s odpory 32 a 33 e teplotně kompenzační diodou 22 vytváří pomocná napětí pro funkci linearizačního i přepínacího obvodu. Operační zesilovače 19 a 20 pracuji s uzavřenou zápornou zpětnou vazbou. U prvniho operačního zesilovače 19 Je tato vazba uzavřena přes diodový funkční měnič, u druhého operačního zesilovače 20 Je uzavřena přes shodně adresované analogové multiplexery. To zněměná, že na jejich invertujícich vstupech budou prakticky stejné potenciály Jako na vetupech neinvertujicích. Tyto stejné potenciály budou i ne vývodech termistoru, jenž je právě připojen sepnutými kanály analogových multiplexerů, protože proud protékející analogovým multiplexerem 18 Je zanedbatelně malý pro velký vstupní odpor druhého operačního zesilovače 20. Rozdíl těchto potenciálů, čili napětí ne termistoru, je tedy dán úbytkem napětí ne odporu 33, Jenž lze považovat za konstantní. Případné kolísání s teplotou teplotně stabilizační diody 22 Je sníženo dělicím poměrem odporového děliče 32, 22 ^na zanedbatelnou hodnotu. Proud tekouči právě připojeným termistorem a tedy i společným vodičem termistorů se bude měnit pouze v závislosti na teplotě připojeného termistoru. Tento pnoud, Jenž roste s rostouc! teplotou připojeného termistoru, se rozdělí do tři části, ktaré protékej! diodemi 23, 24 a 25. Velikost jednotlivých složek závis! ne soustavě odporů 26 až 31.

V konkrétním provedení byly odpory 26 až 31 navrženy tak, že proud při teplotách připojeného termistoru do 30 °C teče pouze diodou 23, při teplotách nad 30 °C teče i přes diodu 24 a při teplotách ned 75 °C teče věemi diodami. Postupné otevíráni diod má vliv na velikost záporné zpětné vazby prvního operačního zeeilovače 19 a tvaruje tak požadovaným způsobem průběh závislosti výstupního nepěti na teplotě připojeného termietoru. Změna teploty diod 23 až 25 ovlivňuje velikost napětového úbytku ne těchto diodách. Vzniklé teplotní změny napětí na invertujíclm vstupu prvního operačního zesilovače 19 Jsou kompenzovány teplotními zrněném! nepěti na teplotně kompenzační diodě 22. která Je stejného typu e je udržováno ne stejné teplotě Jeko diody 23 ež 25. J«^ž jsou přivedeny na neinvertujici vetup tohoto operačního zeeilovače. Napětové úbytky na jednotlivých diodách mohou být v závislosti na protékajících proudech rozdílné, jejich teplotní změny Jeou však přibližně stejné.

Jednotky pro měřeni teplot podle vynálezu je možno využít všude tem, kde je třebe Jednoduchými proetředky měřit teplotu v širokém rozeehu no několiko místech a Je přitom k dispozici mikropočítač s analogově-čislicovým převodníkem pro zprecováni výsledků. Může se například jednat o případ klimatizačního zařízení, kde rozsah měřených teplot začíná od nízkých venkovních teplot v zimním období e konči vysokými teploteml topného médie, například -20 až 120 °C.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Jednotka pro měření teplot pomocí termistorů se záporným teplotním součinitelem odporu, invertoru a řídicí jednotky, vyznačující se tím, že všechny termietory (1 až 16) jeou Jedním vývodem připojeny ne invertujici vstup prvniho operečního zesiloveče (19), na jehož výstup je jednak připojen invertor (21), jehož výstup Je připojen na výstupní svorku (38) celé Jednotky pro měřeni teplot. Jednak Je

   CS 276 041 B6 4 odtud přes diodový funkční měnič (23 až 31), napájený zdrojem (37) kladného napětí vůči nulovému potenciálu a zdrojem (36) záporného napětí vůči nulovému potenciálu, zavedena záporná zpětná vazba do invertujíciho vstupu tohoto prvního operačního zesilovače (19), a druhé vývody termistorů (1 až 16) jsou připojeny přes první analogový multiplexer (17) k výstupu druhého operečniho zesilovače (20) a zároveň přes druhý anelogový multiplexer (18) k invertujicimu vstupu tohoto druhého operačního zesilovače (20), jehož neinvertujicí vstup je propojen se spojem prvních vývodů prvního odporu (32) a druhého odporu (33), přičemž první odpor (32) je druhým vývodem připojen na zdroj (37) kladného napětí a druhý odpor (33) je druhým vývodem spojen s neinvertujicim vstupem prvního operačního zesilovače (19) a anodou teplotně kompenzační diody (22), jejíž katoda je spojena s nulovým potenciálem, přičemž odpovídající si adresní vstupy prvního i druhého analogového multiplexeru (17,18) jsou navzájem spojeny a propojeny na adresní výstupy (39) řídicí jednotky (40),
2. 2. Sednotka pro měření teplot podle bodu 1, vyznačující ae tim, že výstupní svorka (38) jednotky pro měření teplot je propojena s analogovým vstupem (41) řídicí jednotky (40) tvořené mikropočítačem.