RU2255313C1 - Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it - Google Patents
Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2255313C1 RU2255313C1 RU2004109288/28A RU2004109288A RU2255313C1 RU 2255313 C1 RU2255313 C1 RU 2255313C1 RU 2004109288/28 A RU2004109288/28 A RU 2004109288/28A RU 2004109288 A RU2004109288 A RU 2004109288A RU 2255313 C1 RU2255313 C1 RU 2255313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- output
- voltage
- channel
- thermistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим схемам включения с сопротивлением (терморезистором), имеющим отрицательный температурный коэффициент, для линеаризации и униформирования шкал в приборах для измерения температуры.The invention relates to electrical switching circuits with a resistance (thermistor) having a negative temperature coefficient for linearizing and uniformizing scales in temperature measuring devices.
Известен способ измерения температуры, реализованный в устройстве [1], основанный на суммировании характеристик термистора и позистора. Этот способ отличается значительными неудобствами, связанными с подбором термистора и позистора по характеристикам, выбором величины сопротивления потенциометра для обеспечения требуемой нелинейности температурной характеристики датчика, а также снижением чувствительности датчика с повышением линейности.A known method of measuring temperature, implemented in the device [1], based on the summation of the characteristics of a thermistor and a posistor. This method is characterized by significant inconveniences associated with the selection of a thermistor and a posistor according to the characteristics, the choice of the resistance value of the potentiometer to provide the required non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, as well as a decrease in the sensitivity of the sensor with increasing linearity.
Известен способ измерения температуры, реализованный в устройстве [2], основанный на формировании импульсов частоты, обратно пропорциональной разности коэффициентов двух терморезисторов. Метод имеет существенные функциональные ограничения, связанные с тем, что при равенстве коэффициентов термочувствительности термисторов значение выходной частоты стремится к бесконечности.A known method of measuring temperature, implemented in the device [2], based on the formation of frequency pulses inversely proportional to the difference of the coefficients of the two thermistors. The method has significant functional limitations associated with the fact that when the coefficients of thermal sensitivity of thermistors are equal, the value of the output frequency tends to infinity.
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения температуры, реализованный в устройстве [3], основанный на использовании моста Уинстона с формированием разности напряжения питания и сигнала с выхода моста. Указанный метод имеет недостатки, связанные с взаимозаменяемостью термисторов, поскольку обеспечивает точное униформирование, если величина коэффициентов униформированных термисторов одинакова. Отмеченные недостатки известных способов не позволяют достичь высокой точности измерения температуры при высокой линейности функции преобразования в широком диапазоне температур.Closest to the claimed is a method of measuring temperature, implemented in the device [3], based on the use of the Winston bridge with the formation of the difference between the supply voltage and the signal from the bridge output. This method has disadvantages associated with the interchangeability of thermistors, since it provides accurate uniformization if the coefficients of the uniform thermistors are the same. The noted disadvantages of the known methods do not allow to achieve high accuracy of temperature measurement with high linearity of the conversion function in a wide temperature range.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения температуры за счет повышения линейности характеристики преобразования при обеспечении возможности взаимозаменяемости термочувствительных элементов.The technical result of the invention is to increase the accuracy of temperature measurement by increasing the linearity of the conversion characteristics while allowing the interchangeability of thermosensitive elements.
Технический результат, реализуемый в способе измерения температуры, достигается тем, что преобразуют температуру в напряжение U1(T) с прямой температурной характеристикой по одному каналу. Затем преобразуют температуру в напряжение с обратной температурной характеристикой по второму каналу. Затем напряжение второго канала U2(T) масштабируют с коэффициентомThe technical result implemented in the method of measuring temperature is achieved by converting the temperature into voltage U 1 (T) with a direct temperature characteristic along one channel. Then, the temperature is converted to voltage with an inverse temperature characteristic on the second channel. Then the voltage of the second channel U 2 (T) is scaled with a factor
где TС - температура точки суммирования, равная средней температуре измеряемого диапазона. После этого получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре:where T C is the temperature of the summation point equal to the average temperature of the measured range. After that, a differential output voltage proportional to the measured temperature is obtained:
Uвых(T)=U1(T)-kU2(T)=KT+δ н(T)U o (T) = U 1 (T) -kU 2 (T) = KT + δ n (T)
где К - коэффициент термочувствительности; δ н(T) - зависимость погрешности нелинейности от температуры.where K is the coefficient of thermal sensitivity; δ n (T) is the temperature dependence of the nonlinearity error.
Устройство для измерения температуры содержит источник опорного напряжения и один канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя первый операционный усилитель, первый терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления, постоянный резистор и два подстроечных резистора. Кроме того, в устройство введен другой канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя второй операционный усилитель, идентичный первому второй терморезистор, постоянный резистор и два подстроечных резистора. Неинвертирующие входы операционных усилителей через постоянные резисторы подключены к выходу источника опорного напряжения, а через подстроечные резисторы - к общей шине. Выход первого операционного усилителя через первый терморезистор соединен со своим инвертирующим входом, который через подстроечный резистор подключен к выходу источника опорного напряжения. Выход второго операционного усилителя через подстроечный резистор соединен со своим инвертирующим входом, который через второй терморезистор подключен к выходу источника опорного напряжения. Выходы операционных усилителей соединены с входами алгебраического сумматора, выход которого является выходом устройства.The temperature measuring device comprises a reference voltage source and one channel for converting temperature to voltage, including a first operational amplifier, a first thermistor with a negative resistance coefficient, a constant resistor, and two tuning resistors. In addition, another channel for converting temperature into voltage is introduced into the device, which includes a second operational amplifier, identical to the first second thermistor, a constant resistor, and two trim resistors. Non-inverting inputs of operational amplifiers are connected through constant resistors to the output of the reference voltage source, and through tuning resistors to a common bus. The output of the first operational amplifier through the first thermistor is connected to its inverting input, which is connected via a tuning resistor to the output of the reference voltage source. The output of the second operational amplifier through a tuning resistor is connected to its inverting input, which is connected through the second thermistor to the output of the reference voltage source. The outputs of the operational amplifiers are connected to the inputs of the algebraic adder, the output of which is the output of the device.
Суть способа измерения температуры заключается в следующем. Формируют два канала преобразования температуры в напряжение. Для линеаризации температурной характеристики создают на основе двух однотипных терморезисторов один канал с прямой, а другой - с обратной температурной характеристикой. Проводят два одновременных измерения температуры, а терморезисторы закрепляют таким образом, чтобы расстояние между их термочувствительными элементами было минимальным. При этом на выходах прямого и обратного каналов преобразования получают соответственно напряжения U1(T) и U2(T). Затем напряжение U2(T) масштабируют с коэффициентомThe essence of the method of measuring temperature is as follows. Two channels for converting temperature to voltage are formed. To linearize the temperature characteristic, one channel with a direct channel and the other with an inverse temperature characteristic are created on the basis of two thermistors of the same type. Two simultaneous temperature measurements are carried out, and the thermistors are fixed so that the distance between their thermally sensitive elements is minimal. At the same time, the outputs U 1 (T) and U 2 (T) are respectively obtained at the outputs of the forward and reverse conversion channels. Then the voltage U 2 (T) is scaled with a factor
После этого напряжения алгебраически суммируют и получают разностное выходное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре (фиг.1):After this voltage is algebraically summed up and get a differential output voltage proportional to the measured temperature (figure 1):
где К - коэффициент термочувствительности; δ н(T) - зависимость погрешности нелинейности от температуры.where K is the coefficient of thermal sensitivity; δ n (T) is the temperature dependence of the nonlinearity error.
Зависимость δ н(T) минимизируют таким образом, чтобы максимальное значение δ н(T)макс≤ ε доп, где ε доп - допустимое значение погрешности преобразования, путем подбора идентичных характеристик каналов преобразования температуры.The dependence δ n (T) is minimized in such a way that the maximum value of δ n (T) max ≤ ε extra , where ε extra is the allowable value of the conversion error by selecting identical characteristics of the temperature conversion channels.
На фиг.2 представлено устройство для измерения температуры, реализующее предлагаемый способ измерения.Figure 2 presents a device for measuring temperature, which implements the proposed method of measurement.
В состав устройства входят: 1, 6 - операционные усилители; 2, 7 - полупроводниковые терморезисторы; 3, 8 - постоянные резисторы; 4, 5, 9, 10 - подстроечные резисторы; 11 - источник опорного напряжения; 12 - общая шина; 13 - алгебраический сумматор; 14 - выход устройства.The device includes: 1, 6 - operational amplifiers; 2, 7 - semiconductor thermistors; 3, 8 - constant resistors; 4, 5, 9, 10 - tuning resistors; 11 - voltage reference source; 12 - common bus; 13 - algebraic adder; 14 - device output.
Предлагаемое устройство содержит один канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя первый операционный усилитель 1, первый терморезистор 2, постоянный резистор 3 и подстроечные резисторы 4, 5. Кроме того, в устройство введен другой канал преобразования температуры в напряжение, включающий в себя второй операционный усилитель 6, второй терморезистор 7, постоянный резистор 8 и подстроечные резисторы 9, 10. Неинвертирующие входы операционных усилителей соответственно через постоянные резисторы 3 и 8 подключены к выходу источника опорного напряжения 11, а через подстроечные резисторы 5 и 10 соответственно - к общей шине 12.The proposed device comprises one channel for converting temperature to voltage, including a first
Выход первого операционного усилителя 1 через первый терморезистор 2 соединен со своим инвертирующим входом, который через подстроечный резистор 4 подключен к выходу источника опорного напряжения 11. Выход второго операционного усилителя 6 через подстроечный резистор 9 соединен со своим инвертирующим входом, который через второй терморезистор 7 подключен к выходу источника опорного напряжения 11. Выходы операционных усилителей соединены с входами алгебраического сумматора 13, выход которого является выходом устройства 14.The output of the first
Устройство функционирует следующим образом. Измеряемая температура полупроводниковыми терморезисторами 2 и 7 преобразуется в напряжения U1(T) и U2(T) на выходах операционных усилителей 1 и 6. На основе операционных усилителей (ОУ) 1 и 6 построены два канала преобразования температуры, причем ОУ 1 обеспечивает преобразование с прямой температурной характеристикой, а ОУ 6 - с обратной (фиг.1) за счет соответствующего включения терморезисторов 2 и 7. Инвертирующие входы обоих операционных усилителей запитываются от источника опорного напряжения 11, причем для ОУ 1 - через подстроечный резистор 4, а для ОУ 6 - через терморезистор 7. Неинвертирующие входы обоих операционных усилителей запитываются от источника опорного напряжения 11, причем для ОУ 1 - через делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 3 и подстроечного резистора 5, а для ОУ 6 - через делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 8 и подстроечного резистора 10. Подстроечные резисторы 5 и 10 соединены с общей шиной 12. В цепь обратной связи ОУ 1 включен терморезистор 2, а в цепь обратной связи ОУ 6 - постоянный резистор 9. С выходов операционных усилителей напряжения U1(T) и U2(T) подаются на входы алгебраического сумматора 13, на выходе 14 которого, являющегося выходом устройства, формируется разностное выходное напряжение в соответствии с (2) Uвых(T)=КТ+δ н(Т), пропорциональное измеряемой температуре.The device operates as follows. The measured temperature of the
Для обеспечения заменяемости терморезисторов по значению начального сопротивления введены подстроечные резисторы 5 и 10, которые варьируются таким образом, чтобы при некоторой температуре Тн, являющейся нижней границей рабочего диапазона, значения выходных напряжений U1(TН) и U2(TH) были равны нулю. Масштабирование напряжения U2(T) с коэффициентом k в соответствии с (1) осуществляется в алгебраическом сумматоре по вычитающему входу.To ensure the replaceability of thermistors by the value of the initial resistance,
Для обеспечения заменяемости терморезисторов по значению коэффициента преобразования в масштабирующих усилителях предусмотрены регулировки коэффициентов усиления (подстроечные резисторы 4 и 9), изменением которых добиваются того, чтобы значение выходного напряжения Uвых(T) при некоторой температуре Tн, являющейся верхней границей рабочего диапазона, было равно некоторому заданному значению.To ensure the replaceability of the thermistors by the value of the conversion coefficient, scaling amplifiers provide for adjusting the gain (
В результате предусмотренных регулировок обеспечивается минимизация функции погрешности нелинейности δ н(T) таким образом, чтобы ее максимальное значение δ н(T)макс≤ ε доп, где ε доп - допустимое значение погрешности преобразования.As a result of the provided adjustments, the minimization of the nonlinearity error function δ n (T) is ensured so that its maximum value δ n (T) max ≤ ε extra , where ε extra is the permissible value of the conversion error.
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения температуры, линейность преобразования и обеспечить взаимозаменяемость чувствительных элементов - терморезисторов.Thus, the proposed method allows to increase the accuracy of temperature measurement, linearity of conversion and to provide interchangeability of sensitive elements - thermistors.
ЛитератураLiterature
1. Авторское свидетельство СССР №369430, кл. G 01 k 7/22.1. USSR Copyright Certificate No. 369430, cl. G 01
2. Авторское свидетельство СССР №1068738, кл. G 01 k 7/22.2. USSR copyright certificate No. 1068738, cl. G 01
3. Патент СССР №345702, кл. G 01 k 7/24.3. USSR patent No. 345702, cl. G 01
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2255313C1 true RU2255313C1 (en) | 2005-06-27 |
Family
ID=35836741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004109288/28A RU2255313C1 (en) | 2004-03-29 | 2004-03-29 | Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2255313C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451913C1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Temperature measuring device |
RU2478940C1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Method of determining heat conductivity of materials |
RU2488128C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН) | Thermistor converter of temperature into voltage |
-
2004
- 2004-03-29 RU RU2004109288/28A patent/RU2255313C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451913C1 (en) * | 2010-12-23 | 2012-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ТГТУ") | Temperature measuring device |
RU2488128C2 (en) * | 2011-07-29 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН) | Thermistor converter of temperature into voltage |
RU2478940C1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Method of determining heat conductivity of materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2128579B1 (en) | Arrangement for linearizing a non-linear sensor | |
US4646014A (en) | Hall effect field sensor circuit with temperature compensation using OP amplifier | |
KR100724095B1 (en) | Wattmeter for voltage, current and power measurement | |
KR101057555B1 (en) | Thermometer side circuit in flow meter | |
RU2255313C1 (en) | Mode of measuring of temperature and an arrangement to execute it | |
US4011746A (en) | Liquid density measurement system | |
KR20140012865A (en) | Apparatus for measuring temperature using thermistor | |
US3968685A (en) | Transistor anemometer | |
Hoge | Comparison of circuits for linearizing the temperature indications of thermistors | |
JP5488159B2 (en) | Constant power control circuit | |
RU2303273C1 (en) | Device for calibrating constant high voltage dividers | |
EP0618452B1 (en) | An average power detector circuit | |
RU2451913C1 (en) | Temperature measuring device | |
RU2738198C1 (en) | Method of reducing measurement error of temperature with electric bridge and measuring axle of wheatstone-kapinos | |
WO1987004788A1 (en) | Temperature measuring device capable of changing display unit | |
JP2675467B2 (en) | Multi-point temperature measuring device | |
RU2732838C1 (en) | Method for temperature error compensation of thermistors, device for method implementation | |
RU1778556C (en) | Device for measuring temperature difference | |
Filatov et al. | A Simple Digital Thermometer | |
JP2005241305A (en) | Phase adjustment circuit of watthour meter | |
JPH0624747Y2 (en) | Temperature / voltage conversion circuit | |
KHAN | Linearization of thermistor thermometer | |
RU2025675C1 (en) | Device for measuring temperature and temperature difference | |
SU987415A1 (en) | Digital temperature meter | |
JPH064307Y2 (en) | Temperature compensation circuit for pressure measuring instrument |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060330 |