PL106491B1 - Termometr z odczytem cyfrowym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest .termometr z odczytem cyfrowym, o ultraliniowej skali na <:alym zakresie i wysokiej rozróznialnosci skali, przysto¬ powany do wspólpracy z maszyna cyfrowa i/lub drukarka.

Wynalazek dotyczy metrologii, w szczególnosci elektrycz- 5 nego pomiaru temperatury z duza dokladnoscia, zwlaszcza konstrukcji i ukladów termometrów laboratoryjnych duzej dokladnosci.

Stan techniki. Znane jest stosowanie pólprzewodni¬ kowych tranzystorowych czujników temperatury, wykorzys- 10 tujace zaleznosc potencjalu wewnetrznego zlacza baza-emi- ter lub baza-kolektor od temperatury.

Znany sposób pomiaru temperatury, wedlug polskiego opisu patentowego nr 60020 przy uzyciu tranzystora jako czujnika, jest realizowany za pomoca ukladu, w którym 15 -tranzystor zawiera w obwodzie t>aza-emiter rezystor o duzej wartosci rezystancji. Prad generacyjny zlacza kolektor-baza 'wywoluje na tym rezystorze spadek napiecia, który steruje pradem baza-emiter, a wiec równiez pradem kolektor-emi- ter. Prad kolektora tranzystora przeplywa przez drugi 20 rezystor i wywoluje na nim odpowiedni spadek napiecia.

Do kolektora tranzystora jest dolaczony szeregowo równo¬ legly uklad pomiarowy. Sklada sie on z galezi zawieiajacej miernik i rezystor dolaczony do odczepu rezystora potencjo- metrycznego, który stanowi druga galaz, równolegla tego 25 ukladu. Uklad ten jest dolaczony do dzielnika napiec, utwo¬ rzonego z dwóch rezystorów, dolaczonych odpowiednio do zacisków zródla napiecia zasilania.

Tranzystorowy czujnik nie jest linearyzowany, co powo¬ duje brak liniowosci calego urzadzenia. Sygnal uzytkowy 30 jest maly, limitowany zlaczem generacyjnym, które umo¬ zliwia osiaganie sygnalu do 2 mV. Tymsamym dla stosowa¬ nia w urzadzeniach ukladów zautomatyzowanych konieczne jest podzielenie zadanego zakresu pomiarowego na kilk* podzakresów i linearyzacji kazdego z nich.

Znany sposób pomiaru temperatury w obszarze cisnienia hydrostatycznego, wedlug polskiego opisu patentowego nr 64645, dziala na opisanej juz zasadzie. Uklad realizujacy pomiar zawiera tranzystor, polaczony w ukladzie wspól¬ nego emitera, poddany dzialaniu cisnienia. Do bazy tran¬ zystora dolaczone jest zródlo napiecia poprzez regulowany rezystor dolaczony do odczepu rezystora potencjometrycz- nego podlaczonego do zacisków wspomnianego zródla na¬ piecia.

Podobnie dolaczony jest kolektor tranzystora poprzez odczep rezystora potencjometrycznego, dolaczonego do drugiego zródla napiecia. Emiter tranzystora jest pola¬ czony do masy ukladu pomiarowego, do której takze przylaczone sa pierwsze zródlo napiecia i — poprzez rezystor obciazenia — drugie zródlo napiecia. Ten podobny uklad do uprzednio opisanego ma takze podobne wady i nie¬ dogodnosci techniczne.

Znane urzadzenie do pomiaru temperatury wedlug ra¬ dzieckiego opisu patentowego nr 310133 zawiera takze tranzystor, jako czujnik pomiarowy. Emiter jego jest przy¬ laczony do zacisku ujemnego zródla zasilania, kolektor poprzez szeregowy rezystor do zacisku dodatniego zródla, a baza — poprzez regulowany rezystor i miernik — do dzielnika napiec, utworzonego z dwóch rezystorów, dola¬ czonych do obu zacisków wymienionego zródla napiecia. 106 491106491 \. ~ . 4 potencjometryczny P/ oraz, szeregowo z nim polaczone rezystory R2 i Rj. Do odczytu tego rezystora potencjometry- cznego Pt dolaczone jest drugie wejscie róznicowe przetwor¬ nika analogowo-cyfrowego. Pierwsze wejscie róznicowe tega przetwornika analogowo-cyfrowego 2 jest dolaczone do wyjscia wzmacniacza operacyjnego 2 i do bazy tranzystora 1 oraz, poprzez, rezystor R6 do ujemnego zacisku zródla za¬ silania wbudowanego w przetworniku analogowo-cyfro- wym4.

Wejscie odwracajace wzmacniacza operacyjnego 2 jest dodatkowo polaczone z dodatnim zaciskiem zródla zasilania przetwornika analogowo-cyfrowego 4 poprzez ograniczajacy rezystor R± oraz równolegly uklada utworzony z rezystora R4 i kondensatora C2.

Termometr sklada sie z pólprzewodnikowego czujnika temperatury-1, który wspólpracuje ze wzmacniaczem opera-' cyjnym 2. W czujniku 1 wykorzystana jest zaleznosc przy¬ rostu napiecia zlacza baza-emiter tranzystora krzemowego w funkcji temperatury.

"Wzmacniacz operacyjny 2 ma za zadanie utrzymywac z duza stabilnoscia prad bazy tranzystora 1. Temu sluza- szeregowo polaczone diody Dj—D4, stanowiace dwa lan¬ cuchy 3 diod stabilizujacych i kompensacyjnych. W tym celu umieszczono tranzystor 1 w obwodzie ujemnego sprzezenia zwrotnego Wzmacniacza operacyjnego.

Dobór parametrów punktu pracy (ustawienie zera ter¬ mometru) umozliwia rezystor potencjometryczny Plt Po¬ mocniczy rezystor R6 zabezpiecza zlacze baza-emiter tranzystora 1 przed przepieciami wystepujacymi w momen- 3 tach zalaczania lub wylaczania ukladu. Obwody równole¬ gle Rs i CA oraz R4 i C2 eliminuja zjawiska samowzbudzania sie. Rezystor K± stanowi rezystor zabezpieczajaco-ograni- czajacy.

Sposób dzialania ukladu termometru, wedlug wynalazku jest nastepujacy. Sygnal wyjsciowy termometru jest dopro¬ wadzany do przetwornika analogowo-cyfrowego 4, gdzie po przetworzeniu, wynik pomiaru jest przedstawiany na cyfro¬ wym indykatorze. Wyjscie z przetwornika analogowo-cyf¬ rowego jest wyprowadzone w kodzie BCD.na drukarke lub interfejs maszyny cyfrowej. Uklad termometru jest zasilany ze stabilizowanego zródla + 15V, —15Vi 3 Jest to rozwiazanie podobne do obu opisanych, przy czym uzyto tranzystora typu p-n-p, a nie tranzystora typu n-p-n.

Wady i niedogodnosci techniczne opisanych urzadzen sa wiec praktycznie . takie same.

Istota wynalazku. Celem wynalazku jest opracowanie ukladu termometru, umozliwiajacego pomiar temperatur w zakresie 223 K — 373 K o rozróznialnosci 0,01 ° w jednym zakresie pomiarowym, uwzgledniajacego nieliniowosc za¬ leznosci potencjalu wewnetrznego zlacza tranzystorowego od temperatury.

Zostalo to rozwiazane przez stabilizacje istotnych para¬ metrów fizycznych w ukladach zlacza baza-emiter i baza- kolektor, to jest przez linearyzacje zaleznosci potencjalu wewnetrznego zlacza tranzystorowego od temperatury.

Istota wynalazku jest wlaczenie krzemowego tranzystora, stanowiacego czujnik termometru, w obwód ujemnego sprzezenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego. Kolektor tranzystora jest polaczony z odwracajacym wejsciem wzmacniacza operacyjnego poprzez obwód równolegly, utworzony z rezystora i kondensatora. Ten obwód jest do¬ datkowo polaczony poprzez podobny obwód równolegly, utworzony z rezystora i kondensatora oraz szeregowo z nim polaczony rezystor, ze stabilizowanym zródlem napiecia wbudowanym w przetwornik analogowo-cyfrowy. Do pierwszego wejscia róznicowego przetwornika analogowo- cyfrowego sa dolaczone jednoczesnie: wyjscie wzmacniacza operacyjnego oraz baza tranzystora.

Drugie wejscie róznicowe przetwornika analogowo-cyf¬ rowego jest-dolaczone do odczepurezystora potencjometrycz- cznego. Rezystor potencjometryczny, wraz z szeregowo dolaczonymi dwoma rezystorami, jest podlaczony do bie¬ gunów zródla zasilania. Do zródla zasilania, takze przez jeden z wspomnianych rezystorów, jako przez rezystor ograniczajacy, wlaczone sa cztery diody, stanowiace szere¬ gowo polaczone dwa lancuchy, kazdy zawierajacy po dwie w szereg polaczone diody: stabilizujaca i kompensacyjna.

Do punktu srodkowego tego ukladu przylaczone jest wejscie nieodwracajace wzmacniacza operacyjnego.

Konstrukcja termometru jest stosunkowo prosta, a zasto¬ sowane elementy typowe i sprawdzone w praktyce.- Wyko¬ nanie termometru*jest technologicznie latwe. Termometr ma zwarta budowe i moze pracowac w trudnych warunkach, przykladowo przy pomiarach morskich.

Przyklad wykonaniawynalazku. Przedmiotwynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiony jest uproszczony schemat ukladu termometru. — " ¦ ~ j ' ¦ Pólprzewodnikowym czujnikiem jest krzemowy tran¬ zystor 1, wspólpracujacy ze wzmacniaczem operacyjnym 2, utrzymujacym stala wartosc pradu bazy tranzystora 1. W tym celu baza tranzystora 1 jest polaczona z wyjsciem ope^ racyjnego wzmacniacza 2. Kolektor tranzystora I jest po¬ laczony z odwracajacym wejsciem tego wzmacniacza ope¬ racyjnego poprzez uklad równolegly, utworzony z rezys¬ tora R3 i kondensatora Cl9 a wiec w obwodzie ujemnego sprzezenia zwrotnego wzmacniacza 2.

Wejscie nieodwracajace wzmacniacza operacyjnego 2 jest polaczone z srodkowym punktem szeregowo polaczo¬ nych diod Dx—D4, stanowiacych dwa lancuchy 3 diod Dj i Da oraz diod D3 i D4> stabilizujacych i kompensacyjnych.

Sa one przylaczone, poprzez ograniczajacy rezystor Ra do biegunów zródla zasilania wbudowanego w przetwornik analogowo-cyfrowy ^ 4, Podobnie przylaczone sa do tegoiródla zasilania rezystor

Claims (1)

1. Zastrzezenie pa-tentowe Termometr z odczytem ¦ cyfrowym, przystosowany do wspólpracy z maszyna cyfrowa i/lub drukarka, zawierajacy czujnik pomiarowy w postaci tranzystora oraz wzmacniacz- operacyjny dolaczony do tego czujnika, znamienny tymy ze w obwodzie ujemnego sprzezenia zwrotnego wzmacnia¬ cza operacyjnego (2) wlaczony jest tranzystor krzemowy (ty stanowiacy czujnik, którego kolektor polaczony jest z od¬ wracajacym wejsciem wzmacniacza operacyjnego (2); poprzez równolegly uklad, skladajacy sie z rezystora (R3) i kondensatora (Ci), przy czym l^en równolegly uklad jest dodatkowo polaczony poprzez podobny równolegly uklad* skladajacy sie; z rezystora (R4) i kondensatora (C2), oraz szeregowo poprzez rezystor, (RJ ze stabilizowanym zród¬ lem napiecia wbudowanym w przetwornik analogowo- cyfrowy (4), przy czym do pierwszego wejscia róznicowego tego przetwornika analogowo-cyfrowego (4), dolaczone sa jednoc; esnie wyjscie wzmacniacza operacyjnego (2) oraz: baza tranzystora (1), a którego to przetwornika analogowo- cyfrowego (4) drugie wejscie róznicowe dolaczone^est do odczepu rezystora potencjometrycznego (Pi), dolaczonego z jednej strony do zródla zasilania wbudowanego w prze~ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60106 491 twornik analogowo-cyfrowy (4), z drugiej zas strony sze¬ regowo poprzez rezystor (R2) i rezystor (RJ do drugiego bieguna tegoz zródla zasilania, do których to biegunów dola¬ czone sa, poprzez wspomniany ograniczajacy wartosc pradu rezystor (RJ, szeregowo polaczone diody (Dx—D4), 6 stanowiace dwa lancuchy (3) diod (Dj i D2) oraz (D3 i D4) stabilizujacych i kompensacyjnych do srodkowego punktu których przylaczone jest wejscie nieodwracajace wzmacnia¬ cza operacyjnego (2). ~J%— ^ -^