RU2492436C1 - Устройство для измерения температуры - Google Patents
Устройство для измерения температуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2492436C1 RU2492436C1 RU2012111324/28A RU2012111324A RU2492436C1 RU 2492436 C1 RU2492436 C1 RU 2492436C1 RU 2012111324/28 A RU2012111324/28 A RU 2012111324/28A RU 2012111324 A RU2012111324 A RU 2012111324A RU 2492436 C1 RU2492436 C1 RU 2492436C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- group
- output
- input
- ecs
- control inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС) и задающий резистор (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), усилители. Дополнительно введены восемь ЭК, RC-фильтр. ЭК разбиты на четыре группы по четыре ЭК в первой и второй группе, по два ЭК в третьей и четвертой группе. Входы управления первых трех ЭК первой и второй группы, входы управления первых ЭК третьей и четвертой группы подключены к прямому выходу ГПИ. Входы управления четвертых ЭК первой и второй группы, входы управления вторых ЭК третьей и четвертой группы ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ. Выход второго ЭК первой группы ЭК соединен со входом второго ЭК второй группы ЭК и первым выводом введенного резистора нижней калибровочной точки (РНКТ). Второй вывод РНКТ соединен с общей шиной. Выход третьего ЭК первой группы ЭК соединен со входом третьего ЭК второй группы ЭК и первым выводом резистора верхней калибровочной точки (РВКТ). Второй вывод РВКТ соединен с общей шиной. ГПИ имеет два входа управления внутренней логикой - включение калибровки по нижней или по верхней точке. Технический результат: повышение точности измерения температуры. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов (КА), например, в системе термостабилизации стандарта частоты КА.
Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, образцовые резисторы, переключатели, дифференциальный сумматор, схему линеаризации, источник тока, повторитель напряжения, блок управления, селекторы, источник опорного напряжения (авт. свид. СССР №1154553).
Однако это устройство для измерения температуры недостаточно надежно, так как содержит большое количество элементов.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, вычитающий усилитель, усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, генератор прямоугольных импульсов, стабилизатор тока, ключи и компенсационный резистор, который по сути является задающим резистором, определяющим начальную точку измерительного температурного (авт. свид. СССР №717566), которое выбрано в качестве прототипа.
Недостатками прототипа являются недостаточно высокие помехоустойчивость, т.к. усилитель переменного тока усиливает помехи, и надежность из-за большого количества элементов, в первую очередь связанная с тем, что в нем применен источник стабильного тока, гальванически не связанный с шинами питания устройства, что требует применения дополнительного вторичного источника питания и, как следствие, увеличивает количество элементов и габариты устройства минимум в два раза, кроме того, известное устройство имеет низкую долговременную точность из-за старения элементов и ухудшения их параметров.
Целью изобретения является упрощение устройства, повышение помехоустойчивости и надежности при долговременном сохранении точностных параметров прототипа.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС), задающий резистор (ЗР), генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), три усилителя, дополнительно введены восемь ЭК, RC-фильтр; ЭК разбиты на четыре группы по четыре ЭК в первой и второй группе, по два ЭК в третьей и четвертой группе; входы управления первых трех ЭК первой и второй группы ЭК, входы управления первых ЭК третьей и четвертой группы подключены к прямому выходу ГПИ; входы управления четвертых ЭК первой и второй группы, входы управления вторых ЭК третьей и четвертой группы ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ; ГСТ включен между общей шиной устройства и входами всех ЭК первой группы; выход первого ЭК первой группы соединен со входом первого ЭК второй группы ЭК и ТС; выход второго ЭК первой группы ЭК соединен со входом второго ЭК второй группы ЭК и первым выводом введенного резистора нижней калибровочной точки (РНКТ), второй вывод РНКТ соединен с общей шиной; выход третьего ЭК первой группы ЭК соединен со входом третьего ЭК второй группы ЭК и первым выводом резистора верхней калибровочной точки (РВКТ), второй вывод РВКТ соединен с общей шиной; выход четвертого ЭК первой группы ЭК соединен с входом четвертого ЭК второй группы ЭК и ЗР; введен запоминающий конденсатор, который одним выводом соединен с выходами ЭК второй группы ЭК, а другим: с входом инвертирующего усилителя, к объединенным между собой входам ЭК третьей группы ЭК и к выходу первого ЭК четвертой группы ЭК; выходы ЭК третьей группы через помехоподавляющие конденсаторы подключены к общей шине; выход инвертирующего усилителя подключен ко входам ЭК четвертой группы; выход второго ЭК четвертой группы ЭК подключен ко входу RC-фильтра, выход которого подключен ко входу оконечного неинвертирующего усилителя, выход которого, в свою очередь, подключен к выходу устройства; между входом и выходом RC-фильтра включена форсирующая цепочка из двух встречно-параллельно включенных диодов; ГПИ имеет два входа управления внутренней логикой - включение калибровки по нижней или по верхней точке.
На рисунке изображена функциональная схема устройства для измерения температуры.
Устройство для измерения температуры содержит: термометр сопротивления ТС (1) и задающий резистор (ЗР) 2, общая точка которых соединена с общей шиной; четыре группы электронных ключей (ЭК) 3, 4, 5, 6 (на рисунке для наглядности они изображены как контакты реле); в группах 3, 4 ЭК четыре - А, В, С, D; в группах 5, 6 ЭК два - A, D; генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) 7, прямой выход которого при штатной работе подключен ко входам управления А всех групп ЭК (при калибровке он подключается ко входам управления ЭК В или С), а инверсный - ко входам управления D всех групп ЭК (для упрощения рисунка выходы ГПИ показаны условно одной пунктирной линией); генератор стабильного тока (ГСТ) 8, который включен между общей шиной устройства и объединенными входами ЭК группы 3; выход ЭК 3А соединен с входом ЭК 4А и ТС 1; выход ЭК 3D соединен со входом ЭК 4D и 3Р 2; резистор нижней калибровочной точки (РНКТ) 9, который включен между общей точкой ТС 1 и 3Р 2 и соединенными между собой выходом ЭК 3В и входом ЭК 4В; резистор верхней калибровочной точки (РВКТ) 10, который включен между общей точкой ТС 1 и 3Р 2 и соединенными между собой выходом ЭК 3С и входом ЭК 4С; выходы ЭК 4А, 4В, 4С, 4D объединены и подключены через запоминающий конденсатор 11 ко входу инвертирующего усилителя 12, входам ЭК 5А, 5D и выходу ЭК 6А; выход усилителя 12 подключен ко входам ЭК 6А, 6D; выходы ЭК 5А и 5D через помехоподавляющие конденсаторы 13 и 14 подключены к общей шине; выход ЭК 6D подключен ко входу RC-фильтра 15; выход RC-фильтра 15 подключен ко входу выходного неинвертирующего усилителя 16, выход которого является выходом устройства; форсирующая цепочка 17, состоящая из двух встречно-параллельно включенных диодов, включена между входом и выходом RC-фильтра 15; ГПИ 7 имеет вход управления 18 (КНТ) - калибровка нижней точки и вход управления 19 (КВТ) - калибровка верхней точки.
Устройство для измерения температуры работает следующим образом:
при подаче питания ГПИ 7 выдает импульс на открытие ЭК А во всех группах ЭК 3, 4, 5, 6; при этом на ТС 1 создается падение напряжения относительно общей шины от протекания тока от ГСТ 8, равное:
где: UTC1 - падение напряжения на ТС1;
IГСТ8 - ток ГСТ 8;
RTC1 - сопротивление ТС1.
Падение напряжения UTC1 через открытый ЭК 4А прикладывается к обкладке запоминающего конденсатора 11; на другой обкладке конденсатора 11, которая соединена со входом усилителя 12 и выходом ЭК 6А, за счет обратной связи поддерживается потенциал, близкий к нулю и приблизительно равный напряжению смещения усилителя 12 UCM12 и, таким образом, конденсатор 11 зарядится до напряжения:
При переключении ГПИ 7 в противоположное состояние ЭК А закрываются, а ЭК D во всех группах ЭК открываются, при этом ток от ГСТ 8 создает на 3Р 2 падение напряжения, равное U3P2=(IГСТ8·R3P2), которое прикладывается через заряженный конденсатор 11 ко входу усилителя 12:
Из (3) видно, что UCM12 при раскрытии скобок сокращается.
Напряжение Uвx12 усилитель инвертирует и усиливает в k1-раз и это напряжение через ЭК 6D поступает на вход RC-фильтра 15, а с его выхода на вход оконечного усилителя 16, усиливается им в k2-раз и на выход устройства поступит напряжение, равное:
где: К - общий коэффициент усиления, равный K12·K16.
Форсирующая цепочка 17 необходима для уменьшения динамической погрешности устройства при быстром изменении сопротивления ТС 1.
При переключении ГПИ 7 процессы повторяются.
Конденсатор 13 подавляет помехи, могущие попасть на вход усилителя 12, когда открыты ключи А во всех группах ЭК, а конденсатор 14 - когда открыты ключи С во всех группах ЭК.
При проведении калибровки ТС 1 отключается, вместо ТС 1 подключается резистор 9 или 10.
При использовании в устройстве прецизионных резисторов С2-29В класса точности ±0,05% нестабильность, гарантируемая ТУ, при суммарном времени включения менее 2000 ч составляет ±0,05%, при превышении этого времени - возрастает до ±0,5%, т.е. в десять раз, но распределяя эти 2000 ч на весь ресурс равномерно, можно сохранить высокую точность устройства при введении калибровки на весь срок активного существования КА.
Суть калибровки заключается в том, что в момент ее проведения выполняется соотношение:
где: Rн - калибровочное сопротивление нижней калибровочной точки, равное РНКТ 9;
Rв - калибровочное сопротивление верхней калибровочной точки, равное РВКТ 10;
Rt - текущее значение ТС 1;
Uв, Uн, Ut - выходные напряжения устройства в верхней калибровочной точке, нижней и текущее значение.
Преобразовав выражение (5) для определения Rt (зная Rt, можно по тарировочной характеристике на конкретный ТС 1 определить температуру), получим:
При старении устройства может появиться напряжение смещения ΔU и измениться на α-коэффициент передачи по напряжению. Перепишем выражение (6) с учетом появления ΔU и α:
В выражении (7) ΔU взаимно вычитаются, α - выносятся за скобки в числителе и знаменателе и сокращаются, а выражение (7) приобретает вид (6), что говорит о не влиянии процессов деградации на точность устройства при идеальных Rн и Rв.
Предложенное устройство проще, так как содержит меньше элементов и, следовательно, его надежность выше, помехоустойчивость устройства повышена за счет введения RC-фильтра 15 и помехоподавляющих конденсаторов 13 и 14, точность устройства обеспечивается введением запоминающего конденсатора 11, на котором приведенное ко входу эквивалентное напряжение смещения усилителя 12 складываются с разными знаками, т.е. происходит компенсация, кроме того, в десять раз повышена долговременная точность устройства за счет введения калибровки.
Было изготовлено 200 устройств, все они отличались хорошей повторяемостью, точностью, разрешающей способностью ±0,005°С. Устройства собраны на элементах 140УД1701АСАР, 1526ЛЕ5, 1526ЛА7, 1526КТ3, 2С117В, 2П304А, С2-29В.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.
Claims (1)
- Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления (ТС) и задающий резистор (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), усилители, отличающееся тем, что дополнительно введены восемь ЭК, RC-фильтр; ЭК разбиты на четыре группы по четыре ЭК в первой и второй группе, по два ЭК в третьей и четвертой группе; входы управления первых трех ЭК первой и второй группы ЭК, входы управления первых ЭК третьей и четвертой группы подключены к прямому выходу ГПИ; входы управления четвертых ЭК первой и второй группы, входы управления вторых ЭК третьей и четвертой группы ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ; ГСТ включен между общей шиной устройства и входами всех ЭК первой группы; выход первого ЭК первой группы соединен со входом первого ЭК второй группы ЭК и ТС; выход второго ЭК первой группы ЭК соединен со входом второго ЭК второй группы ЭК и первым выводом введенного резистора нижней калибровочной точки (РНКТ), второй вывод РНКТ соединен с общей шиной; выход третьего ЭК первой группы ЭК соединен со входом третьего ЭК второй группы ЭК и первым выводом резистора верхней калибровочной точки (РВКТ), второй вывод РВКТ соединен с общей шиной; выход четвертого ЭК первой группы ЭК соединен с входом четвертого ЭК второй группы ЭК и ЗР; введен запоминающий конденсатор, который одним выводом соединен с выходами ЭК второй группы ЭК, а другим - с входом инвертирующего усилителя, с объединенными между собой входами ЭК третьей группы ЭК и с выходом первого ЭК четвертой группы ЭК; выходы ЭК третьей группы через помехоподавляющие конденсаторы подключены к общей шине; выход инвертирующего усилителя подключен ко входам ЭК четвертой группы ЭК; выход второго ЭК четвертой группы ЭК подключен ко входу RC-фильтра, выход которого подключен ко входу оконечного неинвертирующего усилителя, выход которого, в свою очередь, подключен к выходу устройства; между входом и выходом RC-фильтра включена форсирующая цепочка из двух встречно-параллельно включенных диодов; ГПИ имеет два входа управления внутренней логикой - включение калибровки по нижней или по верхней точке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111324/28A RU2492436C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Устройство для измерения температуры |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111324/28A RU2492436C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Устройство для измерения температуры |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2492436C1 true RU2492436C1 (ru) | 2013-09-10 |
Family
ID=49164970
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111324/28A RU2492436C1 (ru) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Устройство для измерения температуры |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2492436C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562749C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Интерфейсный модуль контроля температур |
RU2602400C1 (ru) * | 2015-09-02 | 2016-11-20 | Борис Юхимович Каплан | Устройство для измерения криогенных температур |
RU2631494C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2017-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Универсальный модуль частотного интегрирующего развёртывающего преобразователя для датчиков физических величин |
RU2677786C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-01-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Измеритель температуры и способ ее измерения |
RU2699931C1 (ru) * | 2019-02-11 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Устройство для измерения температурных полей |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU23606A1 (ru) * | 1928-12-11 | 1931-10-31 | Н.И. Куклин | Устройство дл автоматической приемки резины из-под каландра |
SU717566A1 (ru) * | 1977-10-21 | 1980-02-25 | Grinets Vladimir D | Устройство дл измерени температуры |
SU1560987A1 (ru) * | 1988-07-20 | 1990-04-30 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Цифровой измеритель температуры |
EP1071933A1 (en) * | 1998-04-14 | 2001-01-31 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Method and apparatus for measuring temperature with an integrated circuit device |
-
2012
- 2012-03-23 RU RU2012111324/28A patent/RU2492436C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU23606A1 (ru) * | 1928-12-11 | 1931-10-31 | Н.И. Куклин | Устройство дл автоматической приемки резины из-под каландра |
SU717566A1 (ru) * | 1977-10-21 | 1980-02-25 | Grinets Vladimir D | Устройство дл измерени температуры |
SU1560987A1 (ru) * | 1988-07-20 | 1990-04-30 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Цифровой измеритель температуры |
EP1071933A1 (en) * | 1998-04-14 | 2001-01-31 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Method and apparatus for measuring temperature with an integrated circuit device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562749C2 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Интерфейсный модуль контроля температур |
RU2602400C1 (ru) * | 2015-09-02 | 2016-11-20 | Борис Юхимович Каплан | Устройство для измерения криогенных температур |
RU2631494C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2017-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Универсальный модуль частотного интегрирующего развёртывающего преобразователя для датчиков физических величин |
RU2677786C1 (ru) * | 2017-12-26 | 2019-01-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Измеритель температуры и способ ее измерения |
RU2699931C1 (ru) * | 2019-02-11 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Устройство для измерения температурных полей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2492436C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
Crescentini et al. | A broadband, on-chip sensor based on Hall effect for current measurements in smart power circuits | |
JP5930252B2 (ja) | 擬似抵抗回路及び電荷検出回路 | |
EP2520942B1 (en) | Switched capacitance voltage differential sensing circuit with near infinite input impedance | |
US10060984B2 (en) | Battery management systems and methods | |
CN209961822U (zh) | 一种高压隔离检测电路 | |
JP5955432B1 (ja) | 電子負荷装置 | |
US20090243592A1 (en) | Measuring device with negative-feedback dc voltage amplifier | |
CN104823069A (zh) | 利用二极管检波器的内部校准的功率测量装置 | |
RU2447412C2 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
RU2642475C2 (ru) | Нулевой радиометр | |
RU2439594C1 (ru) | Нулевой радиометр | |
De Marcellis et al. | A novel current-based approach for very low variation detection of resistive sensors in wheatstone bridge configuration | |
Tapashetti et al. | Design and simulation of op amp integrator and its applications | |
Shen et al. | Terminal model application for characterizing conducted EMI in boost converter system | |
EP2768137A1 (en) | Pulse generation device and pulse generation method | |
Islam et al. | An oscillator based active bridge circuit for converting capacitance change into frequency for capacitive humidity sensor | |
RU2526195C2 (ru) | Многоканальное устройство для измерения температуры | |
US7545197B2 (en) | Anti-logarithmic amplifier designs | |
RU2343490C2 (ru) | Устройство для контроля частоты вращения | |
US20140176357A1 (en) | Arrangement for reading out an analog voltage signal | |
RU2604879C9 (ru) | Неинвертирующий повторитель напряжения | |
US8368464B2 (en) | Balanced output signal generator | |
Gupta et al. | A modified RDC with an auto-adjustable SC source enabled auto-calibration scheme | |
Bouabana et al. | Development of a low cost universal sensor for an accurate measurement of current, voltage and temperature |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200324 |