SU1529052A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к температурным измерени м и позвол ет повысить точность измерени  температуры поверхности тел. Транзисторы 2, 3, расположенные на тепловоспринимающей пластине, наход щейс  в контакте с объектом измерени , поочередно с помощью ключей 11, 12 включаютс  в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител  13, на выходе которого формируетс  напр жение, пропорциональное температурам транзисторов 2, 3. На первый вход сумматора 9 через третий ключ 6 и второй фильтр 8 поступает сигнал с выхода усилител  4 посто нного тока, пропорциональный температуре транзистора 2. На первый вход сумматора 9 с выхода операционного усилител  13 через усилитель 16 переменного напр жени , синхронный детектор 5 и первый фильтр 7 поступает сигнал, пропорциональный разности температур транзисторов 2 и 3. На выходе сумматора 9 формируетс  сигнал, пропорциональный температуре контролируемой поверхности, поступающий на индикатор 10. 2 ил.

Description

1

(21)4324219/24-10

(22)03.11.87

(46)15.12.89. Бюл. № 46

(72)С.К. Никифоров, В.Т. Стадник,

А.Е.Николаев, О.Г. Тюрин и В.П. Налов

(53)536.53(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1352242, кл. G 01 К 7/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1268968, кл. G 01 К 7/00, 1984.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Изобретение относитс  к темпе- ратурным измерени м и позвол ет повысить точность измерени  температуры поверхности тел. Транзисторы 2, 3, расположенные на теплоаоспринимающей пластине, наход щейс  в контакте с объектом измерени , поочередно с

помощью ключей 11, 12 включаютс  в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител  13, на выходе которого формируетс  напр жение, пропорциональное температурам транзисторов 2, 3. На первый вход сумматора 9 через третий ключ 6 и второй фильтр 8 поступает сигнал с выхода усилител  4 посто нного тока, пропорциональный температуре транзистора 2. На первый вход сумматора 9 с выхода операционного усилител  13 через усилитель 16 переменного напр жени  синхронный детектор 5 и первый фильтр 7 поступает сигнал, пропорциональный разности температур транзисторов 2 и 3. На выходе сумматора 9 формируетс  сигнал, пропорциональный температуре контролируемой поверхности , поступающий на индикатор 10. 2 ил.

§ (Л

3

Изобретение относитс  к температурным измерени м и может найти применение в системах контрол  и регулировани  температуры поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред.

Целью изобретени   вл етс  повьпп ние точности измерени  путем уменьшени  погрешности измерени  св занной с различием температур транзисторов первичного преобразовател  температуры.

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - переходные характеристики, по сн ющие работу устройства.

Устройство содержит первичный пробразователь температуры 1, состо щ из двух транзисторов 2 и 3, закрепленных один над другим на тепловос- принимающей пластине (на фиг. 1 платина не показана), усилитель 4 посто нного тока, синхронный детектор ключ 6, первый и второй фильтры 7 и 8 нижних частот, сумматор 9, индикатор 10, ключи 11 и 12, операционный усилитель 13, токозадающие резистор 14 и 15, усилитель 16 переменного нпр жени  и тактовый генератор 17.

Устройство работает следующим образом .

При соприкосновении тепловоспри- нимающей пластины первичного преобразовател  с объектом контрол , име

щим температуру Т | (фиг. 2, крива  1), сначала нагреваетс  транзистор 2 (крива  2 на фиг. 2), а затем транзистор 3 (крива  3 на фиг. 2). При этом вследствие теплоотвода по корпусу тепловоспринимающей пластины первичного преобразовател  температуры в окружающую среду установившеес  значение температуры транзистора 2

от температуры устанавливаетс  один ковой с помощью токозадающих резист ров 14 и 15, подключенных к источни ку опорного напр жени  (на фиг. 1 и точник опорного напр жени  не показан ) с напр жением Ug относительно общей шины устройства, соединенной неинвертирующим входом операционног усилител  13. Амплитуда импульсов п дени  напр жени  на переходах база- змиттер транзисторов 2 и 3 пропорци ональна их температурам и измен етс в соответствии с кривыми 2 и 3 (фиг. 2). Сигнал на выходе усилителе переменного напр жени  16 и посто нного тока 4 равен сумме сигналов от транзисторов 2 и 3. Усилитель переменного напр жени  16 усиливает толь ко переменную составл ющую, а усилитель посто нного тока 4 - весь сигнал . Выходное напр жение усилител  переменного напр жени  16 детектируетс  синхронным детектором 5, резуль татом чего  вл етс  сигнал (фиг. 2, крива  4), пропорциональный разности температур ДТ транзисторов 2 и 3, и поступает на вход фильтра 7. Выходно напр жение усили1ел  посто нного тока 4, пропорциональное температурам транзисторов 2 и 3, поступает на клю 6, на вькод которого проходит сигнал , пропорциональный температуре Т транзистора 2.После фильтра 8 сигнал, пропорциональный температуре транзис тора 2, суммируетс  в сумматоре 9 с сигналом, поступающим с фильтра 7, а затем в виде напр жени  Ug, , пропорционального температуре объекта контрол  (крива  5 на фиг. 2), посту пает на индикатор 10.

Таким образом сигнал на выходе устройства (крива  5 на фиг. 2) несе в себе информацию о разности темпе40

(К,Т,+К,.ЬТ)

ниже температуры контролируемого объ- . ратур транзисторов 2 и 3, а также о екта Т на величину ДТ,, а температу- температуре транзистора 2, Он равен ра транзистора 3 ниже температурыU

транзистора 2 на величину &Т. Разности температур & Т, и &Т завис т от температур окружающей среды и объекта контрол . Разность температуры

50

где S - чувствительность к температу ре пр мого напр жени  на переходах база-эг- иттер транзисторов 2 и 3; К, и К -соответственно коэффициенты усилени  сигналов усилител  4 посто нного тока с ключом 6 и усилител  переменного напр жени  16 с синхронным детектором 5, которые определ ютс  по соотношени м

М измен етс  в соответствии с кривой 4 (фиг. 2).

Транзисторы 2 и 3 поочередно через ключи 12 и 13 подключаютс  к операционному усилителю 13. При этом зависимость пр мого напр жени  на переходах ба;за-змиттер транзисторов 2 и 3

0

5

о

0

от температуры устанавливаетс  одинаковой с помощью токозадающих резисторов 14 и 15, подключенных к источнику опорного напр жени  (на фиг. 1 источник опорного напр жени  не показан ) с напр жением Ug относительно общей шины устройства, соединенной с неинвертирующим входом операционного усилител  13. Амплитуда импульсов падени  напр жени  на переходах база- змиттер транзисторов 2 и 3 пропорциональна их температурам и измен етс  в соответствии с кривыми 2 и 3 (фиг. 2). Сигнал на выходе усилителей переменного напр жени  16 и посто нного тока 4 равен сумме сигналов от транзисторов 2 и 3. Усилитель переменного напр жени  16 усиливает только переменную составл ющую, а усилитель посто нного тока 4 - весь сигнал . Выходное напр жение усилител  переменного напр жени  16 детектируетс  синхронным детектором 5, результатом чего  вл етс  сигнал (фиг. 2, крива  4), пропорциональный разности температур ДТ транзисторов 2 и 3, и поступает на вход фильтра 7. Выходное напр жение усили1ел  посто нного тока 4, пропорциональное температурам транзисторов 2 и 3, поступает на ключ 6, на вькод которого проходит сигнал , пропорциональный температуре Т транзистора 2.После фильтра 8 сигнал, пропорциональный температуре транзис- тора 2, суммируетс  в сумматоре 9 с сигналом, поступающим с фильтра 7, а затем в виде напр жени  Ug, , пропорционального температуре объекта контрол  (крива  5 на фиг. 2), поступает на индикатор 10.

Таким образом сигнал на выходе устройства (крива  5 на фиг. 2) несет в себе информацию о разности темпе5

0

(К,Т,+К,.ЬТ)

ратур транзисторов 2 и 3, а также о температуре транзистора 2, Он равен U

где S - чувствительность к температуре пр мого напр жени  на переходах база-эг- иттер транзисторов 2 и 3; К, и К -соответственно коэффициенты усилени  сигналов усилител  4 посто нного тока с ключом 6 и усилител  переменного напр жени  16 с синхронным детектором 5, которые определ ютс  по соотношени м

K,U(

к,и,(1-т, Т

(2) -; )(S ЛТ,)- (.3)

где U - величина выходного сигнала, пропорциональна  температуре поверхности объекта контрол  при статистической погрешности , равной нулю. При таких коэффициентах передачи величина выходного сигнала точно соответствует температуре поверхности

объектг. контрол . При настройке конк- JQ ни , в него введены три ключа, оперетног экземпл ра устройства коэффициент .. К;, и Kj уточн ютс  по сле- .ей методике: первичный преобразователь устройства помещаетс  в термостат с температурой Tj, (при выполн ютс  услови  , Т, Т) и изменением ко ффициепи а усилени  yCHJni .ejj M посто нпс- Г-о т;жа 4 добиваютс  равенства (корректировка К); расположив первичный преобразователь на образповой поверхности градуировочного стенда, температура которого Т|, , и, измен   коэффициент усилени  усилител  переменного напр жени  16, устанавливают выходной сигнет Up.,| 1

(корректировка К.).

обр

е н и

УстроГгство дл  измерени  температуры , содерж;лцее ,и рвичный преобразователь температурь, состо щш ит тепловоспт1инимаюи1ей пластины, на которой расиоложень; один над другим два тр;;;г иг ropd, эмиттеры которых соединены входаь и усилител  переменн(1го нагш женин и усилител 

Сг ставител. R, Куликов

Те-.редМ.ХоданичКорректор М. Васильева

Гирлж 573

ВНШШИ Государ:: ; .-iPi HQ комитета по изоьретенилм и открыти м njiH ГКНТ СССР 1 L3035, Москва, Ж-35, Ра т ска  каб., д. 4/5

посто нного тока, синхронный детектор , вход которого соединен с выходом усилител  переменного напр жени , а первый управл юпшй вход подключен к первому выходу тактового генератора, сумматор, первый фильтр и индикатор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности иэмере5 0 5

0

5

рационный усилитель, источник опорно I o напр жени , sTopofi фильтр и два токозадающих резистора, первые выводы которых соединены с выходом источника опорного напр жени , а вторые вьшоды - с объединенными коллекторами и базами соответственно первого и второго транзисторов, эмиттеры которых соединены с выходом одера- ционного усилител , неинвентирующий вход которого соединен с общей шиной, а инве}гтирую1дий вход через первый и второй ключи - с вторыми выводами соответственно первого и второго токозадающих резисторов, причем управ- ЛЯЮ1ДИЙ вход первого ключа соединен с первььм выходом тактового генератора , второй выход которог о соединен с управл ющим входом второго ключа, вторым управл ющи м н ходом cinixpoHuo- го детектора управл ющим входом третьего ключа, вход которого подключен к выходу усилител  посто нного тока, выход через второй фильтр соединен с первым входом сумматора, вькод которого подключен к индикатору, а второй вход через первый фильтр соединен с выходом синхронного детектора.

Подписное

Claims (1)

1. Ф о р м у л а изобретения

   Устройство для измерения температуры, содержащее первичный преобразователь температуры, состоящий из тепловоспринимаюшей пластины, на которой расположены один над другим два транзистора, эмиттеры которых соединены < входами усилителя переменного наппяжения и усилителя постоянного тока, синхронный детектор, вход которого соединен с выходом усилителя переменного напряжения, а $ первый управляющий вход подключен к первому выходу тактового генератора, сумматор, первый фильтр и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерено ния, в него введены три ключа, операционный усилитель, источник опорного напряжения, второй фильтр и два токозадающих резистора, первые выводы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, а вторые выводы - с объединенными коллекторами и базами соответственно первого и второго транзисторов, эмиттеры которых соединены с выходом одера20 иионного усилителя, неинвентирующий вход которого соединен с общей шиной, а инвентирующий вход через первый и второй ключи - с вторыми выводами соответственно первого и второго то25 козадающих резисторов, причем управляющий вход первого ключа соединен с первым выходом тактового генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа, 30 вторым управляющим входом синхронного детектора управляющим входом третьего ключа, вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, • выход через второй фильтр соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к индикатору, а второй вход через первый фильтр соединен с выходом синхронного детектора.