RU2235980C1 - Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal - Google Patents
Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235980C1 RU2235980C1 RU2003116689/28A RU2003116689A RU2235980C1 RU 2235980 C1 RU2235980 C1 RU 2235980C1 RU 2003116689/28 A RU2003116689/28 A RU 2003116689/28A RU 2003116689 A RU2003116689 A RU 2003116689A RU 2235980 C1 RU2235980 C1 RU 2235980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- resistor
- temperature
- input
- switch
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к преобразователям температуры и влажности в информационный сигнал, и может использоваться в системах контроля параметров воздушной среды, например в системах контроля и регулирования параметров микроклимата различных помещений.The invention relates to measuring equipment, namely, converters of temperature and humidity to an information signal, and can be used in systems for monitoring the parameters of the air environment, for example in systems for monitoring and controlling microclimate parameters of various rooms.
Известны преобразователи температуры в информационный сигнал, например в частоту, содержащие конденсаторы, резисторы и терморезисторы, включенные в мостовые схемы, фазочувствительные элементы и средства уравновешивания мостовых схем /1/. Недостатками устройства являются сложность схемы и малые функциональные возможности, так как для преобразования каждого параметра требуется отдельная схема.Known converters of temperature to an information signal, for example, to a frequency, containing capacitors, resistors and thermistors included in bridge circuits, phase-sensitive elements and means of balancing bridge circuits / 1 /. The disadvantages of the device are the complexity of the circuit and small functionality, since a separate circuit is required to convert each parameter.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь, описанный в /2/. В преобразователе используется метод сравнения напряжений, образующихся на двух параллельных цепях, одна из которых является чисто активной, а другая содержит последовательно соединенные резистор и конденсатор, параметры которых определяют выходную частоту, по которой можно определить один из параметров. Недостаток устройства - ограниченные функциональные возможности, так как используя такой преобразователь можно определить только один из параметров: либо сопротивление резистора, либо емкость конденсатора. Для того чтобы определить эти параметры, например, для датчиков, расположенных в одном месте, необходимо иметь два преобразователя и две информационные линии, соединяющие эти датчики с вычислительным устройством, что усложняет процесс получения информации и снижает достоверность контроля.Closest to the invention in technical essence is the Converter described in / 2 /. The converter uses the method of comparing the voltages generated on two parallel circuits, one of which is purely active, and the other contains a resistor and a capacitor connected in series, the parameters of which determine the output frequency by which one of the parameters can be determined. The disadvantage of this device is its limited functionality, since using such a converter you can determine only one of the parameters: either the resistance of the resistor or the capacitance of the capacitor. In order to determine these parameters, for example, for sensors located in one place, it is necessary to have two transducers and two information lines connecting these sensors to a computing device, which complicates the process of obtaining information and reduces the reliability of control.
Задача, поставленная при разработке изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей преобразователя и увеличении достоверности контроля температуры и влажности воздушной среды.The task set during the development of the invention is to expand the functionality of the Converter and increase the reliability of temperature and humidity control of the air.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в преобразователь, содержащий терморезистор с первым и вторым выводами, емкостный сенсор влажности, умножитель емкости на основе операционного усилителя, содержащий умножающий резистор, резистивно-емкостный автогенератор электрических колебаний, содержащий частотообразующий резистор, вычислительное устройство, содержащее информационный вход, информационный выход и управляющий выход, введены дополнительный резистор и управляемый коммутатор, коммутатор содержит управляющий вход и замыкающий элемент, управляющий вход и замыкающий элемент электрически изолированы друг от друга, замыкающий элемент соединен последовательно с добавочным резистором, цепь, образованная последовательно соединенными добавочным резистором и замыкающим элементом, подключена параллельно терморезистору к его первому и второму выводам, емкостный сенсор влажности подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, первый вывод терморезистора подключен к выходу операционного усилителя, второй вывод терморезистора подключен к выходу умножителя емкости, выход умножителя емкости подключен к выводу частотообразующего резистора автогенератора, выход автогенератора подключен к информационному входу вычислительного устройства, а управляющий выход вычислительного устройства соединен с управляющим входом коммутатора.The solution to this problem is achieved by the fact that in the converter containing a thermistor with first and second conclusions, a capacitive humidity sensor, a capacitor based on an operational amplifier, containing a multiplying resistor, a resistive-capacitive self-oscillator of electrical oscillations, containing a frequency-forming resistor, a computing device containing an information input , information output and control output, an additional resistor and a controlled switch are introduced, the switch contains a control input and beyond the connecting element, the control input and the closing element are electrically isolated from each other, the closing element is connected in series with the additional resistor, the circuit formed in series with the additional resistor and the closing element is connected in parallel to the thermistor to its first and second terminals, the capacitive humidity sensor is connected to the non-inverting input operational amplifier, the first terminal of the thermistor is connected to the output of the operational amplifier, the second terminal of the thermistor is connected to the output y capacitance multiplier, the output capacitance multiplier connected to the terminal resistor chastotoobrazuyuschego oscillator, the oscillator output is connected to the data input of the calculation unit, and the control output of the computing device coupled to the control input of the switch.
Сравнительный анализ заявляемого устройства с устройством, описанным в /2/ и принятым за прототип, позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию изобретения “новизна”.A comparative analysis of the claimed device with the device described in / 2 / and adopted as a prototype allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of the invention of “novelty”.
Из патентной и научно-технической литературы не обнаружена предложенная совокупность отличительных признаков и соединений элементов заявляемого устройства. Таким образом, заявляемое устройство удовлетворяет критерию “изобретательский уровень”.From the patent and scientific literature not found the proposed combination of distinctive features and compounds of the elements of the claimed device. Thus, the claimed device meets the criterion of "inventive step".
Изобретение поясняется чертежом, где обозначено: 1 - терморезистор, сопротивление которого характеризует температуру Т среды в месте его расположения; 2 - дополнительный резистор, сопротивление которого не зависит от температуры; 3 - управляемый коммутатор, имеющий замыкающий элемент 4, показанный в виде контакта, и управляющий вход 5; 6 - выход операционного усилителя 7, имеющего инвертирующий и неинвертирующий входы, показанные соответственно знаками “минус” и “плюс”; 8 - емкостный сенсор влажности W, емкость которого характеризует влажность воздушной среды в месте его расположения; 9 - умножающий резистор, величина сопротивления которого определяет умножающий эффект емкости умножителя, образованного операционным усилителем 7, резистором 9, сенсором 8, цепями резистора 2 и терморезистора 1. Точка А является выходом умножителя емкости и соединена с одним из выводов резистора 10, являющегося частотообразующим резистором, т.е. определяющим частоту автогенератора 11, имеющего выход 12; 14 - вычислительное устройство, имеющее информационный вход, соединенный с выходом 12 автогенератора 11, управляющий выход 13, соединенный с управляющим входом 5 коммутатора 3, и информационный выход 15, являющийся выходом всего устройства.The invention is illustrated in the drawing, where it is indicated: 1 - a thermistor, the resistance of which characterizes the temperature T of the medium at its location; 2 - additional resistor, the resistance of which is independent of temperature; 3 is a managed switch having a closing element 4, shown in the form of a contact, and a control input 5; 6 - the output of the operational amplifier 7 having inverting and non-inverting inputs, shown respectively by the signs “minus” and “plus”; 8 - capacitive humidity sensor W, the capacity of which characterizes the humidity of the air at its location; 9 - a multiplying resistor, the resistance value of which determines the multiplying effect of the capacitance of the multiplier formed by the operational amplifier 7, the resistor 9, the sensor 8, the chains of the resistor 2 and the thermistor 1. Point A is the output of the capacitor multiplier and is connected to one of the terminals of the resistor 10, which is a frequency-forming resistor , i.e. determining the frequency of the oscillator 11 having an output 12; 14 is a computing device having an information input connected to the output 12 of the oscillator 11, a control output 13 connected to a control input 5 of the switch 3, and an information output 15, which is the output of the entire device.
Устройство работает следующим образом. Исходное положение коммутатора 3 - замыкающая цепь 4 разомкнута. После подачи питания (не показано) в точке А относительно общей точки образуется эквивалентная емкость, значение которой определяется соотношением сопротивлений терморезистора 1 и резистора 9 согласно выражениюThe device operates as follows. The initial position of the switch 3 - the closing circuit 4 is open. After supplying power (not shown) at point A relative to the common point, an equivalent capacity is formed, the value of which is determined by the ratio of the resistances of the thermistor 1 and resistor 9 according to
где Сэкв.1 - эквивалентная емкость, образуемая умножителем в данной схеме соединения, т.е. при разомкнутой цепи 4;where С equiv. 1 is the equivalent capacitance formed by the multiplier in this connection scheme, i.e. with open circuit 4;
C8 - емкость сенсора влажности, определяемая значением относительной влажности воздушной среды;C 8 is the capacity of the humidity sensor, determined by the value of the relative humidity of the air;
R9 - известное сопротивление умножающего резистора 9;R 9 is the known resistance of the multiplying resistor 9;
Rt - сопротивление терморезистора 1, определяемое температурой среды, в которой находится терморезистор.R t is the resistance of the thermistor 1, determined by the temperature of the medium in which the thermistor is located.
Автогенератор 11 возбуждается и выдает на своем выходе 12 электрические колебания, частота которых определяется сопротивлением частотообразующего резистора 10 и эквивалентной емкостью, подключенной к выводу этого резистора согласно выражениюThe oscillator 11 is excited and generates electrical oscillations at its output 12, the frequency of which is determined by the resistance of the frequency-forming resistor 10 and the equivalent capacitance connected to the output of this resistor according to the expression
где f1 - частота электрических колебаний на выходе автогенератора;where f 1 is the frequency of electrical oscillations at the output of the oscillator;
К - коэффициент преобразования, зависящий от вида автогенератора;K is the conversion coefficient, depending on the type of oscillator;
R10 - сопротивление частотообразующего резистора 10. Вычислительное устройство 14 запоминает значение частоты f1 и выдает команду на включение замыкающей цепи 4 коммутатора 3 путем подачи управляющего сигнала со своего управляющего выхода 13 на управляющий вход 5 коммутатора 3. Замыкающая цепь 4 срабатывает, образуется параллельное соединение резистора 2 и терморезистора 1. Значение эквивалентной емкости, образуемой умножителем в точке А, изменится. Соответственно изменится и частота генерации автогенератора 11. Теперь ее значение будет определяться выражениемR 10 is the resistance of the frequency-forming resistor 10. The computing device 14 stores the frequency value f 1 and issues a command to turn on the closing circuit 4 of the switch 3 by supplying a control signal from its control output 13 to the control input 5 of the switch 3. The closing circuit 4 is activated, a parallel connection is formed resistor 2 and thermistor 1. The value of the equivalent capacitance formed by the multiplier at point A will change. Accordingly, the frequency of the oscillator 11 will also change. Now its value will be determined by the expression
где f2 - частота генератора при параллельном соединении резисторов 2 и 1;where f 2 is the frequency of the generator with a parallel connection of resistors 2 and 1;
Сэкв.2 - эквивалентная емкость, образуемая умножителем при таком соединенииС equiv. 2 - equivalent capacitance formed by the multiplier with such a connection
где Rn = R1·R2/(Rt+R2).where R n = R 1 · R 2 / (R t + R 2 ).
Вычислительное устройство 14 запоминает значение частоты f2, производит соответствующие вычисления, выдает результат на информационный выход 15 и отдает команду на отключение замыкающей цепи 4. Устройство возвращается в исходное состояние и готово к следующему циклу измерения. Вычисление значений емкости сенсора 8 и сопротивления терморезистора 1 производится по следующим соотношениям.The computing device 14 stores the value of the frequency f 2 , performs the corresponding calculations, gives the result to the information output 15 and gives the command to disconnect the closing circuit 4. The device returns to its original state and is ready for the next measurement cycle. The calculation of the sensor capacitance 8 and the resistance of the thermistor 1 is carried out according to the following ratios.
Из выражения (2) после подстановки (1) имеемFrom the expression (2) after substituting (1) we have
Подставляя в выражение (3) значения (4) и (5), получимSubstituting the values (4) and (5) into expression (3), we obtain
где f1, f2 - запомненные вычислительным устройством значения частот.where f 1 , f 2 - frequency values stored by the computing device.
Из (6) получаемFrom (6) we obtain
где R2 - известное значение сопротивления добавочного резистора 2.where R 2 is the known resistance value of the additional resistor 2.
По вычисленному значению Rt из (5) определяется значение С8 из соотношенияThe calculated value of R t from (5) determines the value of C 8 from the relation
гдеWhere
Таким образом, значения сопротивления терморезистора 1 и емкости сенсора влажности 8, характеризующие соответственно температуру и влажность среды, определяются по результатам фиксации двух значений частоты на выходе 12 автогенератора 11, получаемых вследствие управляемой коммутации цепи, содержащей дополнительный резистор 2 и коммутатор 3 с замыкающей цепью 4.Thus, the resistance values of the thermistor 1 and the capacitance of the humidity sensor 8, which characterize the temperature and humidity of the medium, respectively, are determined by fixing two frequency values at the output 12 of the oscillator 11, obtained as a result of controlled switching of the circuit containing an additional resistor 2 and switch 3 with a closing circuit 4 .
Расширение функциональных возможностей устройства обусловлено схемой преобразователя, которая позволяет контролировать одновременно два параметра среды и на основании этого определять другие параметры, например влагосодержание воздушной среды, зависящее от температуры и влажности.The expansion of the device’s functionality is due to the converter circuit, which allows you to simultaneously control two environmental parameters and, on the basis of this, determine other parameters, for example, the moisture content of the air, depending on temperature and humidity.
Увеличение достоверности контроля температуры и влажности обеспечивается тем, что, во-первых, сигналы, получаемые в преобразователе, частотные, и поэтому мало подвержены действию помех в месте измерения и при передаче. Во-вторых, параметры воздушной среды контролируются с использованием одних и тех же элементов схемы и в одном месте (точке измерения), что особенно важно в условиях движущейся среды.An increase in the reliability of temperature and humidity control is ensured by the fact that, firstly, the signals received in the converter are frequency and therefore are little susceptible to interference at the measurement site and during transmission. Secondly, the parameters of the air environment are controlled using the same elements of the circuit and in one place (measuring point), which is especially important in a moving environment.
Устройство исследовано и испытано в лабораторных условиях, подтверждены его работоспособность и эффективность.The device has been investigated and tested in laboratory conditions, its performance and effectiveness have been confirmed.
Устройство может быть использовано для построения мультисенсорных интеллектуальных датчиков для контроля параметров воздушных сред, преимущественно в закрытых помещениях.The device can be used to build multi-sensory intelligent sensors for monitoring parameters of air environments, mainly in enclosed spaces.
Таким образом, предложенный преобразователь удовлетворяет критерию изобретения "промышленная применимость".Thus, the proposed Converter meets the criteria of the invention of "industrial applicability".
Источники информацииSources of information
1. Пустыльников В.М. Измерительные преобразователи с частотно-зависимыми цепями”. - М.: Энергоатомиздат, 1986 г., стр. 34, рис.3.1.1. Pustylnikov V.M. Frequency-dependent measuring transducers. ” - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 34, Fig. 3.1.
2. Рыжевская Т.Н., Шахов Э.К. Преобразователь RCL-параметров в частотно-временной сигнал. Ж. “Приборы и техника эксперимента”, 1972, № 4, стр. 155-156.2. Ryzhevskaya T.N., Shakhov E.K. Converter RCL-parameters in the time-frequency signal. J. “Instruments and experimental techniques”, 1972, No. 4, pp. 155-156.
3. П.Хоровец, У.Хилл. Искусство схемотехники. Т. 1. - М.: Мир, 1993, стр. 322, рис. 5.51е.3. P. Horovets, W. Hill. The art of circuitry. T. 1. - M .: Mir, 1993, p. 322, Fig. 5.51e.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116689/28A RU2235980C1 (en) | 2003-06-04 | 2003-06-04 | Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003116689/28A RU2235980C1 (en) | 2003-06-04 | 2003-06-04 | Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2235980C1 true RU2235980C1 (en) | 2004-09-10 |
| RU2003116689A RU2003116689A (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=33433970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003116689/28A RU2235980C1 (en) | 2003-06-04 | 2003-06-04 | Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235980C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197598U1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-05-15 | Федеральный научно-производственный центр акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" | Indoor microclimate control device |
| RU2722469C1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-06-01 | Александр Александрович Рабочий | Device for converting parameters of capacitance and resistor sensors in a time interval |
| RU217727U1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-04-14 | Игорь Давидович Долгий | Room air temperature sensor of a distributed controlled point |
-
2003
- 2003-06-04 RU RU2003116689/28A patent/RU2235980C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2722469C1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-06-01 | Александр Александрович Рабочий | Device for converting parameters of capacitance and resistor sensors in a time interval |
| RU197598U1 (en) * | 2019-07-29 | 2020-05-15 | Федеральный научно-производственный центр акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" | Indoor microclimate control device |
| RU217727U1 (en) * | 2023-03-06 | 2023-04-14 | Игорь Давидович Долгий | Room air temperature sensor of a distributed controlled point |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6564633B2 (en) | Measurement method and system for a humidity or gas concentration sensor | |
| US11156507B2 (en) | Method and device for detecting the temperature of the vibrating element of an ultrasonic converter | |
| RU2235980C1 (en) | Device for conversion of temperature and moisture content of air medium into information signal | |
| WO2003023417A1 (en) | Sensor capacity sensing apparatus and sensor capacity sensing method | |
| EP2096755A1 (en) | Electronic circuit for obtaining a variable capacitative impedance | |
| US6456096B1 (en) | Monolithically compatible impedance measurement | |
| JP2008164380A (en) | Humidity sensor device | |
| RU2362988C1 (en) | Device to convert capacitive and resistor sensors parametres into frequency signal | |
| JP2005140657A (en) | Capacity change detecting circuit for electrostatic capacity type sensor | |
| Islam et al. | An oscillator based active bridge circuit for converting capacitance change into frequency for capacitive humidity sensor | |
| JP2006284272A (en) | Sensor circuit in capacitive physical quantity sensor | |
| JP2003156524A (en) | Potential fixing apparatus and potential fixing method | |
| UA129747U (en) | DEVICE FOR TEMPERATURE TRANSMISSION AND HUMIDITY HUMIDITY IN INFORMATION SIGNAL | |
| CN111801572B (en) | Monolithic sensor device, method for manufacturing the same, and measuring method | |
| JP3341363B2 (en) | Humidity detector | |
| SU1396086A1 (en) | Instrument current circuit simulator | |
| RU2740102C1 (en) | Method for determining capacitance of capacitance sensor and device for its implementation | |
| JP5701564B2 (en) | Semiconductor integrated circuit and measurement temperature detection method | |
| RU2003116689A (en) | DEVICE FOR TRANSFORMING TEMPERATURE AND AIR HUMIDITY TO INFORMATION SIGNAL | |
| Yurish | Digital Humidity Sensors and Data Logger Design Based on Modern Frequency-to-Digital Converter | |
| KR100210270B1 (en) | Temperature measuring device having range of wide and narrow error | |
| RU28245U1 (en) | FREQUENCY RESISTOR CONVERTER | |
| JPH0968472A (en) | Pressure sensor | |
| RU2097777C1 (en) | Multiple-channel converter of signals from resistor detectors to time interval | |
| De Marcellis et al. | The current-mode approach in sensor interfaces design |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050605 |