SU1206628A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в составе измерительных систем дл  измерени  температуры всевозможных объектов.

Целью изобретени   вл етс  повыение точности измерени  путем исключени  нелинейности преобразовани  .

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграмг ы напр жений.

Устройство дл  измерени  температуры содержит мультивибратор на операционном усилителе (ОУ), врем зада- юща  цепь которого образована термонезависимым резистором с сопротивлением RP и конденсатором с емкостью С, точка соединени  которых подключена к инвертирующему входу ОУ, второй вывод конденсатора соединен через первую пару диодов (диоды Д и flj) с общим проводом схемы и через первый терморезистор с сопротивлени-: ем RI с выходом ОУ делитель положительной обратной св зи образован вторьм терморезистором с сопротивлением R и второй парой диодов (диоды Дз и Д) средн   точка делител  подключена к неинвертирующему входу ОУ. . .

Сопротивлени  полупроводниковых терморезисторов удовлетвор ют условию

R.

ехр

Вг - Bi

,В В

г

где R,, Rj - сопротивлени  первого

и второго терморезисторов при.одинаковой температуре Т(К), Ом, В, В2 - соответственно их посто-  нные завис щие от физических свойств полупроводникового материала , К.

Устройство работает следующим образом.

По своей сущности данное устройство  вл етс  мультивибратором.Дл  уменьшени  шунтирующего вли ни  резистора RP на характеристику преобра . зовани  терморезистора R выбрано соотношение .

Так как R всем диапазоне измер емых температур, то справедливо соотношение между величинами всех резистивных элементов в схеме

Ri LR -CRe(t)

; На фиг.2а показана форма симметричного выходного напр жени  на выходе ОУ Ufcbix (t) уровни которого Ugjjixпрактически достигают

0

1й Е

где

5

и

S bU.

напр жении с., и fc , что определ етс  свойствами выходного каскада ОУ. Напр жение на неинвертирующем ОУ ( соответствует по форме выходному напр жению, но уменьшено до величины напр жени  на диодах Д и Д,определ емого при идентичности параметров всех диодов в схеме (что допустимо предполагать при использовании интегральных диодных 5 мостов, например 2Д906) логарифмирующими свойствами полупроводниковых диодов из выражени 

,i--iuA,(en- -NRi)i, (2.)

посто нньш множите ль; абсолютное значение выходного напр жени  ОУ, 1д - абсолютное значение тока утечки диодов. Аналогичное напр жение развиваетс  и на первой паре диодов

lUAj IUAjHN(,,R,)l .-..(3)

При условии (j мо шо пренебречь шунтирующим действием сопротивлени  резистора RO на величину сопро тивлени  терморезистора R и увеличением тока через диоды Д и Д.

Из услови  RJ :. F обладание величины личиной РА, , идг. благодар  чему обеспечиваетс  самовозбуждение устройства .

Так как напр жение между входами ОУ в линейном режиме приближаетс  к нулю усилитель мен ет свое состо ние выхода лишь в тот момент когда напр жение на его инвертирующем входе достигает величины напр жени 

получают пре- ut-f над ве

на другом его входе, т.е. напр жени  Uj ria неИИвертирующем входе. В остальное врем  конденсатор перезар жаетс  током, поступающим с выхода ОУ через резистор Rg. Учитыва , что изменение напр жейи  1. ид,, идг1 на диодной паре Д и Д происходит синхронно с выходным напр жением ОУ, перезар д конденсатора С в каждом из полупериодов происходит на величину &Uc равную

UUJ l(|U6V-IUAj) . (М

Принима  также во внимание,что при учете реальных параметров эле- ментов /ид /-« /URMX / и /flUc /« /и5ь /можно -считать,что перезар д конденсатора С происходит по линейному закону (из-за использовани  очень небольшого участка экспоненты перейар да) в св зи с чем период колебаний t можно определить из выражени 

t, + ti 2

СКо lUBbixl

I/SUJ

(5).

Подставл   выражени  (2) и (3) в выражение (4), а полученное выражение в уравнение (5) получают

CR

,4eni,-eHR-o

(6)

Учитыва  экспоненциальную зависимость сопротивлений полупроводниковых терморезисторов от температ

туры R А ехр - , где

Т - тем-

пература. К , А и В - посто нные терморезистЬра Ом и К Соответственно ) , получают зависимость длительности периода колебаний от, измер емой температуры

С R- / S.-ffr о А, ,.,,

()

где А( и А

Вл и Впосто нные

первого и второго терморезисторов соответственно.

При А/, А 2. , что обеспечиваетс  при выборе сопротивлений термо- резисторрв согласно расчетной формуле , частота fet,tx электрических колебаний устройства  вл етс  линейной зависимостью от измер емой температуры Т;

...

fUg,

ь« ZNCRoCBi-BJ

(8)

При практической реализации устройства оба полупроводниковых тер- морезистора помещаютс  в общем защитном штуцере, предохран ющем их от воздействи  дестабилизирующих параметров окружающей среды (дав- Лени , химических воздействий др.) обеспечивающим одинаковое воздействие на них измер емой температуры. Зависимость частоты электрических

1206628

0

5

0

5

0

5

0

5

0 5

колебаний устройства от величины .выходного напр жени  операционного усилител , привод ща  к дополнительной погрешности измерени  температуры при колебани х питающих напр жений , легко устран етс  ограничением выходного напр жени  с помощью двуанодных ,стабилитронов (не показаны ), например 2G162A выход усилител  через-токоограничительный резистор подключаетс  к соединенному с общим проводом схемы стабилитрону, а к точке .соединени  этого резистора со стабилитроном подключаетс  резистор RO врем задающей цепи, целесообразно пoдклю J ниe, к этой же точке и обоих терморезисторов, благодар  чему растираетс  диапазон используемых номиналов последних . так как минимальное их значение ограничено максимальными током неискаженного логарифмировани  полупроводниковых диодов, равным примерно 0,1 мА. Устранение остаточных погрешностей схемы устройства, св зан- ньгх с вли нием на элементы схемы неинформативных параметров (температуры окр1ужающей среды, старени  и др.) также может быть обеспечено применением известного метода эталонировани  (образцовых сигналов) - периодически производитс  контрольное измерение частоты выходного сигнала устройства при подключении (с помощью контактов реле) вместо терморезисторов эталонных резисторах, сопротивление которых выбираетс  равным сопротивлению терморезисторов в одной из точек диапазона измер емых температур , а отклонение измеренного контрольного значени  частоты от ее номинального значени , измеренного при градуировке, используетс  дл  коррекции (соответствующего сдвига) характеристики преобразовани  устройства . Уменьшение шунтирующего вли ни  входных цепей операционного усилител  на процессы в схеме обеспечиваетс  применением усилителей с высоким входным сопротивлением , например типа 140УДВ.

Экспериментальна  проверка макетных образцов устройства показала возможность достижени  линейности характеристики преобразовани  с погрешностью,не превышающей О,, в диапазоне от -2U до (253- 323 К).

fZV.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее мультивибратор, выполненный на операционном усилителе, выход которого соединен через резистор с его инвертирующим входом, к которому подключен один вывод конденсатора, и полупроводниковый терморезистор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения нелинейности преобразования ,в устройство дополнительно введены две пары полупроводниковых диодов, в каждой из которых один диод подключен параллельно другому в обратном ему направлении, и второй полупроводниковый терморезистор, при этом одна пара диодов включена между общим проводом и вторым выводом конденсатора,к точке соединения которых одним выводом подключен первый терморезистор,, другой вывод подключен к выходу операционного усилителя и через второй терморезистор соединен с его неинвертирующим входом, который с общим проводом соединен через вторую пару диодов, причем терморезисторы выбраны так, что отношение их сопротивлений в заданном интервале изменяется по экспоненте.

   SU .„,1206628