RU2179320C2 - Integrated-circuit converter - Google Patents

Integrated-circuit converter Download PDF

Info

Publication number
RU2179320C2
RU2179320C2 RU99122432A RU99122432A RU2179320C2 RU 2179320 C2 RU2179320 C2 RU 2179320C2 RU 99122432 A RU99122432 A RU 99122432A RU 99122432 A RU99122432 A RU 99122432A RU 2179320 C2 RU2179320 C2 RU 2179320C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
input
resistor
converter
output
Prior art date
Application number
RU99122432A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99122432A (en
Inventor
Г.Я. Леденев
А.Б. Лаврищев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU99122432A priority Critical patent/RU2179320C2/en
Publication of RU99122432A publication Critical patent/RU99122432A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2179320C2 publication Critical patent/RU2179320C2/en

Links

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: invention can be used for current to frequency conversion in devices with high requirements to reliability and precision of conversion. Given integrated-circuit converter allows compensation for temperature error of signal of pickup and compensation for change of parameters of parts of converter proper caused by temperature variation to be carried out. This converter can be used for operation with any current pickups, for example, humidity pickups, accelerometers and so on, having non-linear temperature coefficient with several inflection points employed in high-reliability systems. Integrated- circuit converter can be realized with usage of small number of elements and as consequence has high operational reliability and thanks to small dimensions ( small number of elements ) it can easily be positioned together with pickup. EFFECT: high operational reliability and precision of conversion. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для компенсации температурной нестабильности датчиков с токовым выходом. The invention relates to the field of electronic technology and can be used to compensate for temperature instability of sensors with current output.

Известен преобразователь сигнала датчиков с токовым выходом, содержащий интегрирующий конденсатор, шунтированный ключом, и пороговое устройство, вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к управляющему входу ключа, описание которого приведено в [1]. A known sensor signal converter with a current output, comprising an integrating capacitor shunted by a key, and a threshold device, the input of which is connected to the output of the integrator, and the output to the control input of the key, the description of which is given in [1].

Недостатком его является наличие погрешности, обусловленной конечной величиной постоянной времени разряда конденсатора. Кроме этого точность преобразования сильно зависит от изменений температуры. Its disadvantage is the presence of an error due to the finite value of the time constant of the discharge of the capacitor. In addition, the accuracy of the conversion is highly dependent on temperature changes.

Известен преобразователь сигнала датчиков с токовым выходом - прототип, описание которого приведено в [2], содержащий последовательно соединенные входную шину, первый резистор и интегратор. Ток при работе схемы поступает с выхода датчика на входную шину и далее через первый резистор на вход интегратора. A known sensor signal converter with current output is a prototype, the description of which is given in [2], which contains an input bus, a first resistor and an integrator in series. The current during the operation of the circuit comes from the output of the sensor to the input bus and then through the first resistor to the input of the integrator.

Данный преобразователь обладает хорошей точностью преобразования, однако его передаточная характеристика сильно зависит от температуры, кроме этого он не может проводить компенсацию температурного ухода выходного сигнала датчика тока, что, также, во многих случаях может быть неприемлемо. This converter has good conversion accuracy, however, its transfer characteristic is highly dependent on temperature, in addition, it cannot compensate for the temperature deviation of the output signal of the current sensor, which, in many cases, may also be unacceptable.

Задача изобретения - повышение точности за счет снижения влияния температурного ухода как самого преобразователя, так и источника сигнала. The objective of the invention is to increase accuracy by reducing the influence of temperature drift of both the converter itself and the signal source.

Эта задача достигается тем, что, в интегральный преобразователь, содержащий последовательно соединенные входную шину, первый резистор и интегратор, дополнительно введены второй, третий, четвертый резисторы, n терморезисторов, операционный усилитель, мультиплексор, датчик температуры, многопороговое устройство на n - 1 порогов и шифратор, при этом второй резистор подсоединен параллельно первому резистору, входная шина подсоединена через третий резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого через четвертый резистор подключен к входу интегратора, через соответствующие терморезисторы - к соответствующим n входам мультиплексора, выход датчика температуры соединен с входом многопорогового устройства, выходы которого соединены с соответствующими входами шифратора, а выходы последнего - с управляющими входами мультиплексора, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, причем выбираются равными второй и четвертый резисторы, а также сопротивления Rti-го и Rt(i+1)-го (i = 1, 2, ... , n-1) терморезисторов при соответствующей температуре ti, где t1, t2, ... , ti, .. . , t(n-1) - значение температуры, при которой происходит изменение температурного коэффициента источника входного сигнала.This task is achieved by the fact that, in an integrated converter containing a serially connected input bus, a first resistor and an integrator, a second, third, fourth resistor, n thermistors, an operational amplifier, a multiplexer, a temperature sensor, a multi-threshold device with n - 1 thresholds and an encoder, while the second resistor is connected parallel to the first resistor, the input bus is connected through the third resistor to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is through the fourth The OR is connected to the input of the integrator, through the corresponding thermistors, to the corresponding n inputs of the multiplexer, the output of the temperature sensor is connected to the input of the multi-threshold device, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the encoder, and the outputs of the latter are connected to the control inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the inverting input of the operational amplifier , and the second and fourth resistors are selected equal, as well as the resistance of the R ti- th and R t (i + 1) -th (i = 1, 2, ..., n-1) thermistors at the corresponding temperature pe ti, where t1, t2, ..., ti, ... , t (n-1) is the temperature value at which the temperature coefficient of the input signal changes.

На фиг. 1 представлена блок-схема интегрального преобразователя, где 1 - входная шина, 2 - первый резистор, 3 - интегратор, 4 - второй резистор, 5 - третий резистор, 6 - четвертый резистор, 7 - первый терморезистор, 8 - операционный усилитель, 9 - второй терморезистор, 10 - мультиплексор, 11 - датчик температуры, 12 - многопороговое устройство, 13 - шифратор, 14 - n-й терморезистор. In FIG. 1 is a block diagram of an integrated converter, where 1 is an input bus, 2 is a first resistor, 3 is an integrator, 4 is a second resistor, 5 is a third resistor, 6 is a fourth resistor, 7 is a first thermistor, 8 is an operational amplifier, 9 is the second thermistor, 10 - multiplexer, 11 - temperature sensor, 12 - multi-threshold device, 13 - encoder, 14 - n-th thermistor.

В интегральном преобразователе последовательно соединены: входная шина 1, первый резистор 2 и интегратор 3. Второй резистор 4 подсоединен параллельно первому резистору 2. Входная шина 1 подсоединена через третий резистор 5 к инвертирующему входу операционного усилителя 8, выход которого через четвертый резистор 6 подключен к входу интегратора 3, через первый терморезистор 7 - к первому входу мультиплексора 10, через второй терморезистор 9 - к второму входу мультиплексора 10, через n-й терморезистор 14 - к n-му входу мультиплексора 10. Выход датчика температуры 11 соединен с входом многопорогового устройства 12, выходы которого соединены с соответствующими входами шифратора 12, а выходы последнего - с управляющими входами мультиплексора 10. Выход мультиплексора 10 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 8. Второй 4 и четвертый 6 резисторы имеют одинаковое сопротивление. Rti-й и Rt(i+1)-й (i = 1, 2, ... , n-1) терморезисторы имеют одинаковое сопротивление при соответствующей температуре ti, где t1, t2, ... , ti, ... , t(n-1) - значение температуры, при которой происходит изменение температурного коэффициента источника входного сигнала. Все терморезисторы и датчик температуры 11 располагаются рядом с источником сигнала и имеют одинаковую с ними температуру.The integrated converter is connected in series: input bus 1, first resistor 2 and integrator 3. The second resistor 4 is connected in parallel with the first resistor 2. Input bus 1 is connected through the third resistor 5 to the inverting input of the operational amplifier 8, the output of which through the fourth resistor 6 is connected to the input integrator 3, through the first thermistor 7 to the first input of the multiplexer 10, through the second thermistor 9 to the second input of the multiplexer 10, through the n-th thermistor 14 to the n-th input of the multiplexer 10. The output of the sensor perature 11 multithreshold connected to an input device 12, which outputs are connected to corresponding inputs of the encoder 12, and outputs the latter - to the control inputs of multiplexer 10. The output of multiplexer 10 is connected to the inverting input of the operational amplifier 8. The second 4 and 6, the fourth resistors have the same resistance. R ti- th and R t (i + 1) -th (i = 1, 2, ..., n-1) thermistors have the same resistance at the corresponding temperature ti, where t1, t2, ..., ti,. .., t (n-1) is the temperature value at which the temperature coefficient of the input signal changes. All thermistors and temperature sensor 11 are located next to the signal source and have the same temperature with them.

Интегральный преобразователь работает следующим образом. Пусть источник входного сигнала, поступающего на входную шину 1, имеет разные коэффициенты температурной погрешности на разных диапазонах температуры, границы которых определяются температурой ti (i = 1, 2, ... , n-1). При температуре ниже чем t1 на выходе датчика температуры 11 такой сигнал, что все компараторы многопорогового устройства 12 находятся в исходном состоянии. На всех входах шифратора 13 (служит для формирования сигналов на управляющие входы мультиплексора 10, и таким образом для логического согласования многопорогового устройства 12 и мультиплексора 10) низкий уровень, в результате чего на управляющих входах мультиплексора 10 нулевая комбинация - мультиплексор 10 находится в исходном состоянии и его первый вход подсоединен к выходу, т.е. операционный усилитель 8 охвачен отрицательной обратной связью через первый терморезистор 7. При повышении температуры окружающей среды (источника сигнала) выше порога t1 (до уровня, лежащего между порогами от t1 до t2) на выходе датчика температуры 11 появляется такой сигнал, который вызывает срабатывание первого компаратора многопорогового устройства 12, на первом выходе последнего появляется высокий уровень. Этот высокий уровень, поступая на первый вход шифратора 13, разрешит ему сформировать такую кодовую комбинацию на управляющие входы мультиплексора 10 в результате чего у последнего будет соединен второй вход с выходом - в результате чего операционный усилитель 8 охвачен отрицательной обратной связью через второй терморезистор 9. При росте температуры и превышении величины t2 произойдет срабатывание второго компаратора и так далее - в каждом температурном диапазоне через соответствующий вход мультиплексора 10 будет подключаться свой терморезистор. Сопротивление открытого канала мультиплексора 10 во много раз меньше, чем сопротивление терморезисторов, т.е. сопротивление открытого канала мультиплексора 10 можно не учитывать. Ток i от датчика тока (источника сигнала) поступает на входную шину 1, течет далее через первый резистор 2, второй резистор 4 и третий резистор 5, и соответственно равен
i = i0+i11+i12. (1)
При этом учитывая, что на входной шине 1 напряжение равно Ui (т.к. на инвертирующем входе интегратора 3 и на инвертирующем входе операционного усилителя 8 нулевое напряжение), и оно определяется как
Ui = i0•R1. (2)
Выражение (1) можно записать как
i = Ui/R1+Ui/R3+Ui/R2. (3)
Подставляя выражение (2) в (3) получим
i = i0 + i0•R1/R3+ i0•R1/R2. (4)
Рассмотрим работу интегрального преобразователя при температуре ниже чем t1. Ток от датчика (источника сигнала) i можно также представить как
i = iн±iн•μ1Δt, (5)
где iн•μ1Δt- температурная составляющая обусловленная изменением номинального тока iн от температуры, Δt- изменение температуры от номинального значения, μ1- коэффициент температурного изменения передаточной характеристики источника сигнала при температуре ниже чем t1.
The integrated Converter operates as follows. Let the source of the input signal entering the input bus 1 have different coefficients of temperature error in different temperature ranges, the boundaries of which are determined by the temperature ti (i = 1, 2, ..., n-1). At a temperature lower than t1, the output of the temperature sensor 11 is such a signal that all the comparators of the multi-threshold device 12 are in the initial state. At all the inputs of the encoder 13 (used to generate signals to the control inputs of the multiplexer 10, and thus for the logical matching of the multi-threshold device 12 and the multiplexer 10), the level is low, as a result of which the zero combination is at the control inputs of the multiplexer 10 - the multiplexer 10 is in the initial state and its first input is connected to the output, i.e. the operational amplifier 8 is covered by negative feedback through the first thermistor 7. When the ambient temperature (signal source) rises above the threshold t1 (to a level lying between the thresholds from t1 to t2), a signal appears at the output of the temperature sensor 11, which triggers the first comparator multi-threshold device 12, at the first output of the last appears a high level. This high level, arriving at the first input of the encoder 13, will allow it to form such a code combination on the control inputs of the multiplexer 10, as a result of which the second will have a second input connected to the output - as a result of which the operational amplifier 8 is covered by negative feedback through the second thermistor 9. When as the temperature rises and the value of t2 is exceeded, the second comparator will be triggered, and so on - in each temperature range, through its corresponding input of the multiplexer 10, its own anistor. The open channel resistance of the multiplexer 10 is many times less than the resistance of thermistors, i.e. the open channel resistance of the multiplexer 10 can be ignored. The current i from the current sensor (signal source) is supplied to the input bus 1, then flows through the first resistor 2, the second resistor 4 and the third resistor 5, and, accordingly, is
i = i 0 + i 11 + i 12 . (1)
Moreover, taking into account that the voltage on the input bus 1 is equal to U i (since the voltage at the inverting input of the integrator 3 and at the inverting input of the operational amplifier 8 is zero), and it is defined as
U i = i 0 • R 1 . (2)
Expression (1) can be written as
i = U i / R 1 + U i / R 3 + U i / R 2 . (3)
Substituting expression (2) into (3) we obtain
i = i 0 + i 0 • R 1 / R 3 + i 0 • R 1 / R 2 . (4)
Consider the operation of the integrated converter at a temperature lower than t1. The current from the sensor (signal source) i can also be represented as
i = i n ± i n • μ 1Δ t, (5)
where i n • μ 1Δ t is the temperature component due to a change in the nominal current i n from temperature, Δ t is the temperature change from the nominal value, μ 1 is the coefficient of the temperature change in the transfer characteristic of the signal source at a temperature lower than t1.

На вход интегратора 3 поступает ток io+Δit, при этом Δit= i12-it, учитывая, что коэффициент усиления операционного усилителя определяется как Rt1/R3 соответственно Ut = Ui•Rt1/R3, а it = Ut/R4 и Ui = i0•R1 выражение для Δit примет вид
Δit= io•R1/R2-io•R1•Rt1/R4•R3. (6)
Принимая во внимание то, что устройство компенсирует температурный уход датчика и на вход интегратора 3 должен поступать номинальный ток iн, можно написать равенство
io+Δit= iн. (7)
Подставляя в данное выражение Δit из (6) и приравнивая его к iн, полученному из выражения (5), в результате получим
io+io•R1/R2-io•R1•/Rt1/R4•R3= i∓iн•μ1Δt. (8)
При практической реализации i >> i1, т.к. R1 выбирается из условия создания необходимой нагрузки для генератора тока в датчике, защиты от токов KЗ и поэтому достаточно низкоомно, a R2 и R3, учитывая высокоомное сопротивление входов операционного усилителя, может быть выбрано очень большим. Поэтому можно принять приближение: i ≈ i0 ≈ iн, учитывая которое выражение (8) примет вид
io•(1+R1/R2-R1•Rt1/R4•R3) = io•(1∓μ1Δt) (9)
или, что то же самое:
R1/Rz-R1•Rt1/R4•R3= ∓μ1Δt. (10)
Сопротивление терморезистора связано с изменением температуры соотношением

Figure 00000002

где Δt- изменение температуры от номинального значения, kt1 - коэффициент температурного изменения первого терморезистора 7,
Figure 00000003
сопротивление первого терморезистора 7 при номинальной (исходной) температуре. Подставляя выражение (11) в (10) получим
Figure 00000004

Из (12) для нормальных условий, когда Δt = 0 получим соотношение между сопротивлениями для резисторов схемы
Figure 00000005

Сокращая и учитывая, что R2 = R4 получим
Figure 00000006

Учитывая последнее выражение (14) соотношение (12) примет вид
Figure 00000007

или, что то же самое
Figure 00000008

Аналогичным образом можно получить соотношение для работы интегрального преобразователя в любом температурном диапазоне, например при температуре выше чем t(n-1)
Figure 00000009

где ktn - коэффициент температурного изменения n-го терморезистора 14, μn - коэффициент температурного изменения передаточной характеристики источника сигнала при температуре выше чем t(n-1),
Figure 00000010
сопротивление n-го терморезистора 14 при номинальной (исходной) температуре.The current i o + Δ i t is supplied to the input of the integrator 3, while Δ i t = i 12 -i t , given that the gain of the operational amplifier is defined as R t1 / R 3, respectively, U t = U i • R t1 / R 3 , and i t = U t / R 4 and U i = i 0 • R 1 the expression for Δ i t takes the form
Δ i t = i o • R 1 / R 2 -i o • R 1 • R t1 / R 4 • R 3 . (6)
Taking into account the fact that the device compensates for the temperature deviation of the sensor and the rated current i n must be supplied to the input of the integrator 3, we can write the equality
i o + Δ i t = i n (7)
Substituting Δ i t from (6) into this expression and equating it to i n obtained from expression (5), as a result we get
i o + i o • R 1 / R 2 -i o • R 1 • / R t1 / R 4 • R 3 = i∓i n • μ 1Δ t. (8)
In practical implementation, i >> i 1 , because R 1 is selected from the conditions for creating the necessary load for the current generator in the sensor, protection against short-circuit currents, and therefore rather low resistance, and R 2 and R 3 , given the high resistance of the inputs of the operational amplifier, can be chosen very large. Therefore, we can take the approximation: i ≈ i 0 ≈ i n , taking into account that expression (8) takes the form
i o • (1 + R 1 / R 2 -R 1 • R t1 / R 4 • R 3 ) = i o • (1∓μ 1Δ t) (9)
or, which is the same:
R 1 / R z -R 1 • R t1 / R 4 • R 3 = ∓μ 1Δ t. (10)
The resistance of the thermistor is associated with a change in temperature by the ratio
Figure 00000002

where Δ t is the temperature change from the nominal value, k t1 is the coefficient of temperature change of the first thermistor 7,
Figure 00000003
the resistance of the first thermistor 7 at the nominal (initial) temperature. Substituting expression (11) into (10) we obtain
Figure 00000004

From (12) for normal conditions, when Δ t = 0, we obtain the relationship between the resistances for the circuit resistors
Figure 00000005

Reducing and considering that R2 = R4 we get
Figure 00000006

Given the last expression (14), relation (12) takes the form
Figure 00000007

or what is the same
Figure 00000008

Similarly, we can obtain the ratio for the operation of the integrated converter in any temperature range, for example, at a temperature higher than t (n-1)
Figure 00000009

where k tn is the coefficient of temperature change of the nth thermistor 14, μ n is the coefficient of temperature change of the transfer characteristic of the signal source at a temperature higher than t (n-1),
Figure 00000010
resistance of the nth thermistor 14 at nominal (initial) temperature.

Схема, реализованная с учетом выражений (16) - (16а), будет компенсировать температурную нестабильность. Так, пусть, например, ток i, поступающий из датчика, при росте температуры превышает на некоторую величину номинальное значение. В результате этого Ui будет соответственно выше, чем при номинальном токе, кроме этого изменится (возрастет) коэффициент усиления операционного усилителя 8 в связи с изменением (ростом) сопротивления соответствующего терморезистора и как следствие увеличится по модулю Ut, а так как Ut имеет обратный знак относительно Ui (инверсное включение операционного усилителя 8), то в результате этого увеличится ток, текущий от входа интегратора 3 к выходу операционного усилителя 8. Это приращение с выхода операционного усилителя 8 и скомпенсирует температурное приращение тока датчика. Аналогичным образом схема работает и при уменьшении входного тока от температуры.The scheme, implemented taking into account expressions (16) - (16a), will compensate for temperature instability. So, let, for example, the current i coming from the sensor, when the temperature rises, exceeds the nominal value by some amount. As a result of this, U i will be correspondingly higher than at rated current, in addition, the gain of the operational amplifier 8 will change (increase) due to a change (increase) in the resistance of the corresponding thermistor and, as a result, will increase modulo U t , and since U t has the opposite sign with respect to U i (inverse switching on of the operational amplifier 8), as a result of this, the current flowing from the input of the integrator 3 to the output of the operational amplifier 8 will increase. This increment from the output of the operational amplifier 8 will compensate for the tempo incremental sensor current increment. Similarly, the circuit also works when the input current decreases with temperature.

В случае, если коэффициент μ выбрать с учетом температурного ухода датчика тока и всех элементов интегрального преобразователя, т.е.: μ = μдинт. где μд- коэффициент температурного ухода датчика тока, а μинт- коэффициент температурного ухода всех элементов интегрального преобразователя, то данная схема будет компенсировать температурную нестабильность как самого датчика так и интегрального преобразователя.If the coefficient μ is chosen taking into account the temperature drift of the current sensor and all elements of the integrated converter, i.e.: μ = μ d + μ int . where μ d is the coefficient of thermal drift of the current sensor, and μ int is the coefficient of thermal drift of all elements of the integrated converter, this circuit will compensate for the temperature instability of both the sensor itself and the integrated converter.

Эффект от использования предлагаемого интегрального преобразователя заключается в том, что он позволяет проводить температурную компенсацию, причем не только для датчиков (источников сигнала) с линейной зависимостью параметра от температуры, но и для сигналов, у которых изменение температурного коэффициента происходит по разному внутри различных температурных диапазонов, что позволяет значительно повысить точность преобразования. Сравним точность прототипа и предлагаемого интегрального преобразователя. Для упрощения сравнения рассмотрим работу на одном температурном участке - температура меньше чем t1. Например, при использовании датчика с коэффициентом температурного изменения передаточной характеристики μ1 = 0,0001 на один градус и при изменении температуры от номинального значения на 30o (Δt = 30°), погрешность составит iн•μ1Δt или 0,0031iн.The effect of using the proposed integrated converter is that it allows temperature compensation, not only for sensors (signal sources) with a linear temperature dependence of the parameter, but also for signals in which the temperature coefficient changes differently within different temperature ranges , which can significantly improve the accuracy of the conversion. Compare the accuracy of the prototype and the proposed integrated Converter. To simplify the comparison, we consider the work on one temperature section - the temperature is less than t1. For example, when using a sensor with a coefficient of temperature change in the transfer characteristic μ 1 = 0.0001 by one degree and when the temperature changes from the nominal value by 30 o ( Δ t = 30 ° ), the error will be i n • μ 1Δ t or 0 , 0031i N.

Оценим температурную погрешность интегрального преобразователя с термокомпенсацией. Подставим в температурную составляющую W = iн•μ1Δt коэффициент μ1/ выраженный из (16), получим

Figure 00000011

Выразим погрешность ΔW через погрешности всех составляющих правой части выражения (17). Погрешность (приращение) ΔW функции W можно определить как полный дифференциал последней, т.е.:
Figure 00000012

Подставляя в данную оценку выражение для W из (17), находя частные производные и беря их абсолютные (по модулю) значения получим
Figure 00000013

Исходя из соотношения (16) и исходного значения μ1= 0,0001 выберем параметры остальных элементов схемы, например, kt1Δt = 0,5, R1 = 1 к, Rt0 = 100 к, R3 = 100 к, R4 = 500 к. Погрешности данных элементов, обусловленные температурной нестабильностью, могут быть следующего порядка:
Δ(kt1Δt) = 0,02,
Figure 00000014

Подставляя выбранные значения в выражение для погрешности ΔW получим ΔW = 0,00009iн, что в десятки раз лучше, чем без температурной компенсации.Let us estimate the temperature error of the integrated converter with thermal compensation. We substitute the coefficient μ 1 / expressed from (16) into the temperature component W = i n • μ 1Δ t expressed from (16), we obtain
Figure 00000011

We express the error Δ W through the errors of all the components of the right-hand side of expression (17). The error (increment) Δ W of the function W can be defined as the total differential of the latter, i.e.:
Figure 00000012

Substituting the expression for W from (17) into this estimate, finding the partial derivatives and taking their absolute (modulo) values, we obtain
Figure 00000013

Based on relation (16) and the initial value μ 1 = 0.0001, we choose the parameters of the remaining elements of the circuit, for example, k t1Δ t = 0.5, R 1 = 1 k, Rt 0 = 100 k, R 3 = 100 k , R 4 = 500 K. Errors of these elements due to temperature instability can be of the following order:
Δ (k t1Δ t) = 0.02,
Figure 00000014

Substituting the selected values into the expression for the error Δ W, we obtain Δ W = 0.00009i n , which is ten times better than without temperature compensation.

Аналогичным образом можно получить оценку и на других температурных интервалах. In a similar way, an estimate can be obtained at other temperature ranges.

Учитывая, что устройство, компенсирующее температурную нестабильность, практически вставляется в разрыв токовой цепи и имеет малые размеры (содержит небольшое количество элементов), его можно повторять - использовать в нескольких местах схемы, например, одно располагается рядом с датчиком (температура его терморезистора равна температуре датчика), а другое рядом с интегратором преобразователя (температура его терморезистора равна температуре элементов интегратора). В таком случае точность преобразования может быть увеличена. Данный интегральный преобразователь может быть использован для работы с любыми датчиками токов, например датчиками влажности, акселерометрами и т. д. , имеющими температурный коэффициент с несколькими точками перегиба в системах где требуется высокая надежность. К таким датчикам относятся датчики со сложным устройством (большим числом элементов), при этом разные элементы датчика изменяют свои характеристики от температуры по разным законам (в том числе имеют нелинейные характеристики), и суммарное влияние элементов датчика на измеряемый параметр при изменении температуры может выражаться сложной кривой, с отрезками передаточной характеристики, имеющими как положительный так и отрицательный наклоны. Considering that a device that compensates for temperature instability is practically inserted into the current circuit break and is small (contains a small number of elements), it can be repeated - use in several places in the circuit, for example, one is located next to the sensor (its temperature is equal to the temperature of the sensor ), and the other next to the integrator of the converter (the temperature of its thermistor is equal to the temperature of the elements of the integrator). In this case, the conversion accuracy can be increased. This integrated converter can be used to work with any current sensors, for example humidity sensors, accelerometers, etc., having a temperature coefficient with several inflection points in systems where high reliability is required. Such sensors include sensors with a complex device (a large number of elements), while different sensor elements change their characteristics from temperature according to different laws (including non-linear characteristics), and the total effect of sensor elements on the measured parameter when the temperature changes can be complex curve, with segments of the transfer characteristic having both positive and negative slopes.

Предлагаемая совокупность признаков, в рассмотренных авторами решениях, не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации интегрального преобразователя можно использовать любые резисторы, терморезисторы, например С2-ЗЗН, ММТ-1, операционные усилители и логические микросхемы любых серий, например 544-й и 564-й. The proposed set of features, in the solutions considered by the authors, was not met to solve the problem and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step". As elements for implementing an integrated converter, you can use any resistors, thermistors, for example C2-ZZN, MMT-1, operational amplifiers and logic circuits of any series, for example, 544th and 564th.

Литература
1. Заявка ФРГ N 2057856, М. кл. H 03 K 13/00, от 27.03.75. Устройство для преобразования электрического напряжения в пропорциональную напряжению частоту.
Literature
1. Application of Germany N 2057856, M. cl. H 03 K 13/00, dated 03/27/75. A device for converting electrical voltage into a frequency proportional to voltage.

2. Авторское свидетельство СССР N 921080, кл. H 03 K 13/20, от 24.07.81. Преобразователь напряжения в частоту. 2. Copyright certificate of the USSR N 921080, cl. H 03 K 13/20, dated 07.24.81. Voltage to frequency converter.

Claims (1)

Преобразователь для компенсации температурной нестабильности датчиков с токовым выходом, содержащий последовательно соединенные входную шину, первый резистор и интегратор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй, третий и четвертый резисторы, n терморезисторов, операционный усилитель, мультиплексор, датчик температуры, многопороговое устройство на n - 1 порогов и шифратор, при этом второй резистор подсоединен параллельно первому резистору, входная шина подсоединена через третий резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, выход которого через четвертый резистор подключен к входу интегратора, через соответствующие терморезисторы - к соответствующим n входам мультиплексора, выход датчика температуры соединен с входом многопорогового устройства, выходы которого соединены с соответствующими входами шифратора, а выходы последнего - с управляющими входами мультиплексора, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, причем выбираются равными второй и четвертый резисторы, а также сопротивления Rti-го и Rt(i+1)-го (i = 1, 2, . . . , n - 1) терморезисторов при соответствующей температуре ti, где t1, t2, . . . , ti, t(n - 1) значение температуры, при которой происходит изменение температурного коэффициента источника входного сигнала.A converter for compensating the temperature instability of sensors with a current output, comprising a series-connected input bus, a first resistor and an integrator, characterized in that it additionally includes a second, third and fourth resistors, n thermistors, an operational amplifier, a multiplexer, a temperature sensor, a multi-threshold device n - 1 thresholds and an encoder, while the second resistor is connected parallel to the first resistor, the input bus is connected through the third resistor to the inverting input amplifier, the output of which through the fourth resistor is connected to the input of the integrator, through the corresponding thermistors to the corresponding n inputs of the multiplexer, the output of the temperature sensor is connected to the input of the multi-threshold device, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the encoder, and the outputs of the latter are connected to the control inputs of the multiplexer, the output which is connected to the inverting input of the operational amplifier, moreover, the second and fourth resistors are selected equal, as well as the resistance R ti- th and R t (i + 1) -th (i = 1 , 2,. . . , n - 1) thermistors at the corresponding temperature ti, where t1, t2,. . . , ti, t (n - 1) is the temperature value at which the temperature coefficient of the input signal changes.
RU99122432A 1999-10-26 1999-10-26 Integrated-circuit converter RU2179320C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99122432A RU2179320C2 (en) 1999-10-26 1999-10-26 Integrated-circuit converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99122432A RU2179320C2 (en) 1999-10-26 1999-10-26 Integrated-circuit converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99122432A RU99122432A (en) 2001-11-20
RU2179320C2 true RU2179320C2 (en) 2002-02-10

Family

ID=20226201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99122432A RU2179320C2 (en) 1999-10-26 1999-10-26 Integrated-circuit converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2179320C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488959C1 (en) * 2012-08-24 2013-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Converter of input voltage to pulse duration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488959C1 (en) * 2012-08-24 2013-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Converter of input voltage to pulse duration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110377093B (en) Sensor circuit, corresponding system and method
US7331708B2 (en) Frequency ratio digitizing temperature sensor with linearity correction
JP2011527009A (en) System and method for Nth-order digital piecewise linear compensation of non-linear temperature change of high accuracy digital temperature sensor in extended temperature range
KR20080021143A (en) Capacitance-to-voltage conversion method and apparatus
US9267818B2 (en) Magnetic sensor device
WO2005106513A1 (en) Direct current test apparatus
JP2924373B2 (en) A / D conversion circuit
US5867054A (en) Current sensing circuit
WO2003014747A1 (en) Current derivative sensor
Lopez-Martin et al. Sensor signal linearization techniques: A comparative analysis
Alnasser A novel fully analog null instrument for resistive wheatstone bridge with a single resistive sensor
US5862170A (en) Temperature measurement method using temperature coefficient timing for resistive or capacitive sensors
US6111533A (en) CMOS analog-to-digital converter and temperature sensing device using the same
RU2179320C2 (en) Integrated-circuit converter
JP6291224B2 (en) Magnetic sensor
RU2161860C1 (en) Integrated converter
Lopez-Martin et al. Low-cost analog interface circuit for resistive bridge sensors
O’Grady Transducer/sensor excitation and measurement techniques
RU2160960C1 (en) Integral converter
US5488296A (en) Temperature compensated magnetically sensitive circuit
JPH088747A (en) A/d conversion circuit
JPH0338779B2 (en)
WO1991007815A1 (en) Transducer signal conditioning circuit
Kunz Exponential D/A converter with a dynamic range of eight decades
JP4422284B2 (en) A / D converter and semiconductor pressure sensor device