SU1190208A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термопреобразователь сопротивлени  и образцо-вый резистор, два инвертора, интегратор, блок регистрации, аналоговые ключи, вьпсоды которых подключены к входу интегратора, и источник напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности измерений быстро мен ющихс  температур, в него введены два усилител , аналоговый перемножитель , два компаратора, RS-ТриГ гер, дна токозадающих резистора и схема срав нени , входы которой соответственно подключены к источнику напр жени  и выходу аналогового пе- ,ремножител , а вьпсод соединен с выводом термопреобразовател  сопротивлени , подключенным к неинвертирующему входу первого уснлител , инвертирующий вход которого подключен к нулевой щине, а выход через первый инвертор соединен с первым входом аналогового перемножител  и через первый токозадающий резистор подключен к входу первого анапогоБО1 лэ ключа, управл ю1ций вход которого соединен с инверсным выходом RS-.триггера , входы которого соединены с выходами компараторов, а пр мой выход подключен к блоку регистрации и управл ющему входу второго аналогового ключа, вход которого через второй токозадающий резистор подключен к выходу первого усилител , при этом точка соединени  термопреобразовател  сопротивлени  и образцового резистора подключена к инвертирующему входу второго усилител , неинвертирующий вход которого подключен к нуле вой шине, а выход св зан с противоположным выводом образцового резистора и подключен к второму входу анаО логового перамножител ,к иивертируюл;ену входу первого компаратора и чеэ ю рез второй инвертор к неинвертирующейу входу второго компаратора, инверг тирующий вход которого соединен с 30 выходом интегратора и неинвертируюпшм входом первого компаратора.

Description

Изобретение относитс  к темпера- турным измерени м, а именно устройствам дл  измерени  температуры тер мопреобразовател ми сопротивлени , и может быть использовано при измерении быстро мен ющихс  температур . Цель изобретени  - повьшение точ ности измерений быстро мен ющихс  температур за счет уменьшени  саморазогрева термопреобразовател  сопротивлени  путем стабилизации на минимальном уровне мощности, рассеиваемой термопреобразователем во всем диапазоне измер емых температур . На фи.г. приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений на выходе интегратора устройства. Устройство дл  измерени  темпер туры содержит источник 1 напр жени  последовательно соединенные термо- преобразователь 2 сопротивлени  и образцовый резистор 3, первый 4 и второй 5 усилители, первый 6 и второй 7 инверторы, аналоговый перем- ножитель 8, схему 9 сравнени , аналоговые ключи }0 и II, выходы которых объединены, токозадагсщие резисторы 12 и 13, интегратор 14, пер вый 15 и второй 16 компараторы, RS-триггер 17 и блок 18 регистрации Устройство дл  измерени  температуры работает следующим образом. Источник t напр жени  вырабатывает стабильное напр жение, поступающее на пр мой вход схемы 9 сравнени . В начальный момент напр жение на инверсном входе схемы 9 срав нени  равно нулю, вследствие чего напр жение на ее вькоде возрастает Через термопреобразователь 2 сопротивлени  при этом начинает протекать ток, который вызывает падение напр жени  на термопреобразочателе 2, пропорциональное его сопротивлению . Это напр жение усиливаетс  пер вым усилителем 4 и через инвертор 6 который необходиг дл  изменени  пол рности напр жени , поступает на первый вход аналогового перемножи- тел  8. Термопреобразователь 2 сопротивлени  подключаетс  к схеме устройства с помощью четырехпро водной линии. Образцовый резистор 3 включаетс  в цепь обратной св зи вт рого 5, напр жение на ин82 вертирующем входе которого поддерживаетс  равным нулю относительно корпуса за счет обратной св зи. При этом на выходе усилител  5 образуетс  напр жение, равное падению напр жени  на образцовом резисторе 3 и пропорциональное току через термопреобразователь , которое поступает на второй вход аналогового перемножитеп  8. На выходе последнего формируетс  сигнал, пропорциональный произведению тока, протекающего через термопреобразователь 2, и напр жени , падающего на нем, т.е. пропорциональный мощности Р, рассеиваемой на термопреобразователе: UBMX К. Uf и, PJ (1) напр жение на выходе ана- логового перемножител  8; Uj- - напр жение на выходе усилител  5; К - коэффициент передачи аналогового перемножител  8; и, - напр жение на выходе первого инвертора 6. Сигнал с выхода аналогового перемножител  8 поступает на инверсный вход схемы 9 сравнени . Если в начальный момент времени мощность, рассеиваема  на термопреобразователе 2, ниже значени , поддерживаемого схемой в стационарном режиме, то на инверсном входе схемы 9 сравнени , соединенном с выходом аналогового перемножител  8, уровень напр жени  ниже, чем на пр мом входе, соединенном с выходом источника 1 напр жени . При этом на выходе схемы сравнзгни  по вл етс  сигнал, пропорциональный разности напр жений на ее входах , что вызывает увеличение тока через термопреобразователь и, соответственно , мощности, рассеиваемой на термопреобразователе, а следовательно и напр жени  на выходе перемножител  В, Скорость изменени  напр жени  на выходе аналогового перемножител  8 ограничена инерционностью усилителей 4 и 5, инвертора 6 и аналогового -перемножител  8. По мере приближени  уровн  напр жени  с выхода аналогового перемножител  8 к уровню напр жени , поступающего с выхода источ- ника 1 напр жени , разность между этими уровн ми уменьшаетс , что приводит к уменьшению скорости нарастани  напр жени  на выходе аналогового

перемножител  8. Процесс продолжаетс  до тех пор, пока напр жение на вы ходе аналогового перемножител  8 не станет равным напр жению, поступающему на пр мой вход схемы 9 сравнени  с источника 1 напр жени  (без учета астатической ошибки регулировани ). Таким образом, мощность, рассеиваема  на термопреобразователе по истечении времени переходного процесса, принимает значение, определ емое напр жением с источника 1 напр жени .

При изменении сопротивлени  термпреобразовател  воледствии изменени  измер емой температуры, благодар  наличию цепи отрицательной обратной св зи, образованной усилител ми 4 и 5, инвертором 6, аналоговым перемножителем 8, схемой 9 срайнени  и источником 1 напр жени , ток через термопреобразователь измен етс  таким образом,что обеспечивает посто нство мощности, рассеиваемой на термопреобразователе.

Формирование частотного сигнала, пропорционального сопротивлению термопреобразоватёл , осуществл етс  следующим образом.

Пусть в начальный момент RS-триг- гер 17 устанавливаетс  в одно из устойчивых состо ний, в. котором, например , на его инверсном выходе формируетс  логический сигнал О, а

на пр мом выходе - логический сигнал 1. Наличие логического сигнала 1 на пр мом вькоде RS-триггера I7 приводит к открыванию второго аналогового юшдча 11, вследствие чего выход первого усилител  4 через второй токозадакнций резне- тор 13 соедин етс  с входом интегратора 14, который выполнен таким образом, что его входное соцротивление практически равно нулю,-а выходное напр жение пропорционально количеству зар да с обратным знаком протекшему через его входную клемму. Поскольку входное сопротивление интегратора 14 практически равно нулю, то напр жение на его входе также может быть прин то равным нулю. Ущ1 тыва  малую величину падени  напр жени  на аналоговом ключе 11,.можно считать, что ток через второй токозадающий резистор 13 определ етс  в этот момент времени только значением напр жени  на выходе первого усилител  4, имеющего положительную пол рность, и номиналом токозадающего резистора 13.

При этом напр жение, которое с выхода интегратора 14 поступает на неинвертирующий вход первого компаратора 15 и на инвертирующий вход второго компаратора 16, начинает линейно падать. При достижении выходным напр жением интегратора 14 уровн , равного порогу переключени  компаратора 15, пропорционального току, протекающему через термопреобразователь 2, так-как его неин- вертирующий вход соединен с выходом усилител  5, компаратор 15 переключаетс  в другое состо ние, при котором на его выходе по вл етс  напр жение , соответствующее уровню логического сигнала О, которое поступает на R-вход RS-триггера 17. При этом RS-триггер 17 переключаетс  в другое устойчивое состо ние и на его пр мом выходе устанавливаетс  логический сигнал О, а на инверсном выходе логический сигнал 1. Напр жение логического сигнала с инверсного выхода RS-триггера 17 поступает на управл ншдай вход первого аналогового ключа 10, аналогичного второму ключу 11, и открывает его. Одновременно напр жение логического сигнала О с пр мого выхода RS-триггера 17, поступающее на управл ющ1Й вход второго аналогового ключа I}, закрывает этот ключ.

Таким образом, вход интегратора 1 через первый токозадающий резистор 1 и аналоговый ключ 0 соедин етс  с выходом первого инвертора 6. Изменение пол рности входного тока интегратора 14 после закрьшани  аналсГгового ключа 1I и открывани  аналогового ключа 10 приводит к тому, что напр жение на его выходе начинает линейно нарастать, достига  уровн , равного порогу срабатьшани  второго комларатора I6,пропорционального измерительному току термотфеобразовател  2, так как его неинвертирующий вход через инвертор 7,.подключен к выходу усилител  5. При зтом компаратор 16 переключаетс , на S-вход RS-триггера 17 начинает поступать напр жение логического а1гнала О, что приводит к опрокидыванию триггера, который устанавливаетс  в устойчивое состо ние , при котором на его пр мом выходе формируетс  логический сигнал 1, а на инверсном выходе - логический сигнал О. Далее процесс повтор етс .

Временные диаграммы напр жени  на выходе интегратора 14(фиг.2) показьшают , что частота на выходе КЗ-триггера 17 пр мо пропорциональна напр жению

и обратно пропорциональна току через

термопреобразователь сопротиапени ,

Допустим, что напр жени  порогов срабатывани  (+Up; -Un) компараторов 15 и 16 не измен ютс  вовремени . В этом случае (фиг.2а) частота колебаний пр мо пропорциональна ско росуги мпрастани  напр жени  на выход , i;: i. ; i;J ора i4, котора , в свою оче ре/(ь, иропорциональна напр жению на термс трообразователе 2, При увеличении напр жени  на термопреобразо- нателе 2 в момент времени t период колебаний Т уменьшаетс  (Т,,-, ),

сд ти

а частота соответственно увеличиваетс ,

Допустим, что скорость нарастани  выходного напр жени  интегратора 14 не измен етс  во времени. Тогда период колебаний пр мо пропорционален абсолютному значению пороговых напр  жений компараторов 15 и 16. Уменьшение пороговых напр жений (по абсолютному значениюj в момент времени t от значени  ( ; -U ) до ( ; П7 приводит к уменьшениш периода колебаний иа выходе интегратора 14 (.г)и к соответственному увеличению частоты (фиг,26) Частота колебаний в этом случае

обратно пропорциональна току, проте кающему через термопреобразователь 2.

В реальной схеме (фиг.1) мощность на термопреобразователе 2 стабилизирована и изменение его сопротивлени  в момент времени t влечет за собой как изменение тока, так и изменение напр жени  на нем под воздействием температуры. Соответственно измен ютс  как пороги срабатьшани  компараторЬв 15 и 16, так и скорость нарастани  выходного напр жени  интегратора 14. В этом случае (фиг.2 в) частота колебаний пропорциональна скорости нарастани  выходного напр жени  интегратора 14 , т.е. напр жению иа термопреобразователе 2, и обратно пропорциональна значению пороговых напр жений компараторов 15 и J6, т.е. току через термопреобразователь 2.

Поскольку частота ач„ на выхооьч

де триггера 17 равна частоте пилообразного напр жени  на выходе интегратора 14, то

Ug(V)

Btix

т.е. пропорциональна величине сопротивлени  термопреобразовател  2. Импульсы с выхода т-риггера 17 поступают на блок 18 регистрации который преобразует поступающий сигнал в такой вид, которьй удобен дл  наблюдени  или дл  использовани  в других устройствах регистрации и обработки информации.

иг. V } Tfd i. .

Фиг. г V Y ,I

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термопреобразователь сопротивления и образцовый резистор, два инвертора, интегратор, блок регистрации, аналоговые ключи, выходы которых подключены к входу интегратора, и источник напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений быстро меняющихся температур, в него введены два усилителя, аналоговый перемножитель, два компаратора, RS-триггер, два токозадающих резистора и схема сравнения, входы которой соответственно подключены к источнику напряжения и выходу аналогового перемножителя, а выход соединен с выводом термопреобразователя сопротивления, подключенным к неинвертйрующему входу первого усилителя, инвертирующий вход которого подключен к нулевой шине, а выход через первый инвертор соединен с первым входом аналогового перемножителя и через первый токозадающий резистор подключен к входу первого аналоговой® ключа, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом RS-.триггера, входы которого соединены с выходами компараторов, а прямой выход подключен к блоку регистрации и управляющему входу второго аналогового ключа, вход которого через второй токозадающий резистор подключен к выходу первого усилителя, при этом точка соединения термопреобразователя сопротивления и образцового резистора подключена к инвертирующему входу второго усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к нуле вой шине, а выход связан с противоположным выводом образцового резисто— ра и подключен к второму входу аналогового перемножителя,к инвертирующему входу первого компаратора и через второй инвертор к неинвертирукмце— му входу второго компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора и неинвертирующим входом первого компаратора.

   80206 И'Ж >

   I 190208