SU1435958A1

SU1435958A1 - Temperature-measuring device

Info

Publication number: SU1435958A1
Application number: SU864015089A
Authority: SU
Inventors: Владимир Васильевич Соколенко
Original assignee: Предприятие П/Я А-3565
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1988-11-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к термометрии . Целью изобретени вл етс повьппение точности измерени путем увеличени линейности преобразовани температуры в выходной сигнал и и повышени устойчивости работы. Изменение температуры среды вызьгоает . изменение напр жени на термочувствительном элементе 1. На выходе усилител сигнала рассогласовани 2, вл ющемс выходом устройства, по вл етс напр жение, воздействующее на конденсатор 3 и через резистор 4 - на операционный усилитель 5, преобразующий выходной сигнал устройства в мощность транзистора-нагревател 6, который имеет конструктивную тепловую св зь 7 с термочувствительным элементом 1. Ток в термочувствительный злемент 1 задаетс резистором 8. Делитель напр жени 9 на резисторах 10, 11 задает верхнее значение измер емого температурного диапазона. Наличие тепловой обратной св зи 7 обеспечивает линейность преобразовани .. Конденсатор 3 ограничивает фа- зочастотную характеристику устройства , предотвраща самовозбуждение. 1 ил. I (ЛThe invention relates to a measurement technique, in particular to thermometry. The aim of the invention is to improve measurement accuracy by increasing the linearity of converting temperature to the output signal and increasing the stability of operation. The change in temperature of the medium vyzgoet. the voltage change on the temperature-sensitive element 1. The output of the error signal amplifier 2, which is the output of the device, is a voltage affecting the capacitor 3 and through a resistor 4 to the operational amplifier 5, which converts the output signal of the device into the power of the transistor heater 6 which has a constructive thermal connection 7 with a temperature-sensitive element 1. The current into the temperature-sensitive element 1 is set by a resistor 8. A voltage divider 9 on resistors 10, 11 sets the upper value of the measured value Peripheral range. The presence of thermal feedback 7 ensures linearity of the conversion. Capacitor 3 limits the phase response of the device, preventing self-excitation. 1 il. I (L

Description

4four

СА9SA9

слcl

со СПwith SP

0000

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к термомет- рнн, и может быть использовано в системах контрол и управлени технологическими процессами, при построении электротепловых устройств автоматики , в медицине и т.п.The invention relates to measurement technology, in particular to thermometers, and can be used in process control and monitoring systems, in the construction of electrothermal automation devices, in medicine, etc.

Цель изобретени - повышение точности измерени температуры и устой- Q чиврсти работы.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of temperature and stability of Q operation.

На чертеже изображено устройство дл измерени температуры.The drawing shows a device for measuring temperature.

Устройство дл измерени температуры состоит из термочувствитель- 15 него элемента 1 на транзисторе, усилител 2 сигнала рассогласовани , конденсатора 3, токозадающего резистора 4, операционного усилител 5, транзистора-нагревател 6, тепло- 20 вой св зи 7 между термочувствительным элементом и нагревателем, резистора 8 и делител 9 напр жени на резне-и торах 10 и II.The device for temperature measurement consists of a temperature-sensitive element 15 on a transistor, an amplifier 2 of the error signal, a capacitor 3, a current-supplying resistor 4, an operational amplifier 5, a transistor heater 6, a heat 20 connection 7 between the temperature-sensitive element and the heater, a resistor 8 and the divider 9 strains on the slaughter and tori 10 and II.

определ ют мощность Р, рассеивае нагревателем:determine the power P, dissipated by the heater:

IeEUBE IeEUBE

-IpCK. где IcEjUgj, |3 , Igg - соответств ток, протекающий через транзисто напр жение база-эмиттер, коэффиц усилени , ток базы; R4 -.сопроти ние резистора 4.-Ipck. where IcEjUgj, | 3, Igg is the corresponding current flowing through the transistor base-emitter voltage, gain factor, base current; R4-resistor resistance 4.

Так как входы операционного у лител можно считать эквипотенци ными, ток через транзистор, как следует из схемы, определ етс ко лишь значением резистора 4 пр заданном напр жении Ug(,(x. Из (1) следует, что мощность Р, рассеив нагревателем 6, св зана линейной зависимостью с выходным параметр Ugjiy устройства. Вьпсодной сигнал ройства св зан с измер емой темпSince the inputs of the operating unit can be considered equipotential, the current through the transistor, as follows from the circuit, is determined only by the value of resistor 4 for a given voltage Ug (, (x. From (1) it follows that power P, dissipating by heater 6 is associated with a linear dependence with the output parameter Ugjiy of the device. The output signal of the device is associated with the measured tempo

Устройство работает следующим об- 25 ратурой Т линейной зависш остью разом.The device operates as follows T linearly at once.

На инвертирующем входе операционного усилител 2 делителем 9 устанавливаетс опорное напр жение, определ юиAt the inverting input of the operational amplifier 2, the divider 9 sets the reference voltage, defined by

м/хm / x

Т,T,

RARA

()w () w

где W - коэффициент передачи тепwhere W is the transfer coefficient

определ ют мощность Р, рассеиваемую нагревателем:Determine the power P dissipated by the heater:

IeEUBE IeEUBE

-IpCK. ),-Ipck. ),

(1)(one)

где IcEjUgj, |3 , Igg - соответственно ток, протекающий через транзистор 1, напр жение база-эмиттер, коэффициент усилени , ток базы; R4 -.сопротивление резистора 4.where IcEjUgj, | 3, Igg is the current flowing through transistor 1, base-emitter voltage, gain, base current, respectively; R4 is the resistance of the resistor 4.

Так как входы операционного уси - лител можно считать эквипотенциальными , ток через транзистор, как это следует из схемы, определ етс только лишь значением резистора 4 при заданном напр жении Ug(,(x. Из (1) следует, что мощность Р, рассеиваема нагревателем 6, св зана линейной зависимостью с выходным параметром Ugjiy устройства. Вьпсодной сигнал устройства св зан с измер емой темпеТ линейной зависш остью Since the inputs of the operational amplifier can be considered equipotential, the current through the transistor, as follows from the circuit, is determined only by the value of resistor 4 for a given voltage Ug (, (x. From) (1) that the power P dissipated by the heater 6 is associated with a linear relationship with the output parameter Ugjiy of the device. The output signal of the device is associated with the measured temperature with the linear dependence

Т,T,

(2)(2)

RARA

()w () w

коэффициент передачи теплоheat transfer coefficient

щае верхнее значение измер емого тем-30 вой обратной св зи.the upper value of the measured feedback is the highest.

пературного диапазона, при этом мощность , рассеиваема нагревателем 6 минимальна. Уменьшение температуры измер емой среды вызьгаает повьш1ение падени напр жени на транзисторе со скоростью 2 мВ/град, что приводит к увеличению напр жени рассогласовани на входе усилител 2. Это напр жение усиливаетс и прикладьтаетс через резистор 4 к .инвертирующему входу операционного усилител 5 и вызывает увелич ение мощности, рассеиваемой в нагревателе 6. Повьш1ение температуры среды вызьгоает соответственно уменьшение мощности в нагревателе 6, так, что суммарна температура, обусловленна температурой измер емой среды и температурой нагревател , остаетс посто нной. Таким образом, в процессе работы устройства температура термочувствительного элемента остаетс неизменной за счет замкнутой системы авторегулировани . Учитьша , что выходное напр жение устройства снимаетс с выхода усилител 2 рас - согласовани , а операционный усилитель 5 охвачен глубокой отрицательной обратной св зью через эмиттерный переход транзистора-нагревател &,The temperature range, while the power dissipated by the heater 6 is minimal. A decrease in the temperature of the measured medium causes the voltage drop across the transistor to increase at a speed of 2 mV / deg, which leads to an increase in the error voltage at the input of the amplifier 2. This voltage is amplified and applied through a resistor 4 to the inverting input of the operational amplifier 5 and causes an increase The power dissipated in the heater 6. The increase in the temperature of the medium causes a corresponding decrease in the power in the heater 6, so that the total temperature due to the temperature of the medium being measured and eraturoy heater remains constant. Thus, during operation of the device, the temperature of the temperature-sensitive element remains unchanged due to the closed system of automatic control. Learn that the output voltage of the device is removed from the output of the amplifier 2 races, and the operational amplifier 5 is covered by a deep negative feedback through the emitter junction of the heater transistor &

Поскольку термочувствительный элемент благодар замкнутой системе авторегулировани имеет посто нную температуру, второе слагаемое знаменател не вносит погрешности в линейность преобразовани , так как его можно практически считать членом, не завис щим от изменени температуры. . Максимальна погрешность при допущении , что Ugg/ ft измен етс в процессе работы устройства, составл етSince the thermosensitive element, due to the closed system of autoregulation, has a constant temperature, the second term of the denominator does not introduce errors in the linearity of the transformation, since it can be practically considered a term independent of the temperature change. . The maximum error, assuming that Ugg / ft changes during device operation, is

„ Uaeli - U8./b (i ™и /л)2„Uaeli - U8./b (i ™ and / l) 2

(3)(3)

где ft , Ug - соответственно производные по температуре от /ь и Uge транзистора 6.where ft, Ug are, respectively, the derivative with respect to temperature of / ь and Uge of the transistor 6.

Подстановка реальных значений в (3) показьшает, что погрешность не превьшгает значение (1-5)-10 , что в практических случа х можно не учитывать. Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществл етс линейное преобразование температуры в выходной сигнал.The substitution of real values in (3) shows that the error does not exceed the value (1-5) -10, which in practical cases can be ignored. Thus, in the proposed device, the temperature is linearly converted into an output signal.

Так как устройство дл измерени температуры представл ет собой замкнутую систему авторегулнровани ,Since the temperature measuring device is a closed autoregulation system,

цепь обратной св зи которой содер- жит комплексное сопротивление, обра- зованное тепловой св зью, то дл по- вьшени устойчивости работы в преДло- . женком устройстве ограничиваетс фа зочастотна характеристика. Это достигаетс введением конденсатора 3, в результате чего не вьтолн етс одно из условий возникновени автоколеба- Q НИИ - условие баланса фаз.the feedback circuit of which contains the impedance formed by thermal coupling, then in order to increase the stability of the work in the pre- The phase response is limited to the device. This is achieved by introducing a capacitor 3, as a result of which one of the conditions for the occurrence of auto-oscillations is not fulfilled - a phase balance condition.

Claims

Invention Formula

A temperature measuring device containing a temperature sensor connected through a resistor to the power supply bus and to the non-inverting input of the error amplifier, the inverting input 20 of which is connected to the output of the resistive divider connected between the power supply buses and the transistor heater, having a thermal connection with a temperature-sensitive element, characterized in that, in order to improve the accuracy of temperature measurement and operation stability, an operational amplifier resistor is inserted into it and a capacitor, while the inverting input of the operational amplifier is connected to the emitter of the transistor heater and through a resistor to the output of the paccoi signal amplifier, where the base of the transistor heater is connected to the output of the operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the common bus and the capacitor is connected between the output of the error signal amplifier and the common bus.