SU1597602A1 - Цифровой измеритель температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет повысить точность измерений температуры при использовании терморезистивных термопреобразователей с линейной градуировочной характеристикой. Измеритель содержит источник тока 1, термометр сопротивлени  2, включенный по четырехпроводной схеме, резисторы 3, 6-8, операционный усилитель 4 и аналого-цифровой преобразователь 5. Выходной сигнал измерител  пропорционален измер емой температуре и не зависит от величины измерительного тока, проход щего через термометр сопротивлени  2, а значит, и от стабильности источника тока 1. Схема измерител  позвол ет осуществл ть компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составл ющих градуировочной характеристики термопреобразовател . 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерени м температуры и давлени , а именно к цифровым измерител м температуры и давлени , работающим совместно термометрами сопротивлени  и мостовыми тензометрическими преобразовател ми , например, структуры кремний - сапфирв

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На чертеже приведена принципиальна  схема предложенного цифрового измерител  температуры.

Измеритель содержит источник 1 то ка, датчик (термометр сопротивлени ) 2, второй токовый вывод которого соединен через переменный резистор 3 с- выходом операционного .усилител  (рУ) 4 и вторым входом опорного напр жени  -Up аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 5 о Поспедователь- на  цепь, состо ща  из потенциометра 6, первого 7 и второго 8 образцовых резисторовi включена между шинами питани  -Е и +R, Параллельно второму образцовому резистору 8 подключены управл ющие входы источника 1 токае Точка соединени  потенциометра б и первого зталонного резистора 7 подсоединена к второму сигнальному входу -иgx АЦП 5, первый сигнальный вход которого +Ue x соединен с первым потенциальным выводом датчика 2, Движок потенциометра 6 подключен к неинвертирующему входу ОУ 4 инвертируюищй вход которого соединен с вторым потенциальным выводом датчика 2о Точка соединени  второго токового вывода датчика 2 с переменным резистором 3 подключена к первому входу опорного напр жени  +U(,p, АЦП 5, Источник 1 тока реализует функцию линейного преобразовани  напр жени  на управл гоцих входах в выходной ток и выполнен на операционном усилителе 9, выход которого соединен с затвором полевого транзистора Ю Инвертирующий вход ОУ 9 соединен с истоком полевого транзистора 10, а.через резистор 11 - с первым управл ющим входом источника, вторым удравл ю- щим входом  вл етс  .неинвертирующий вход ОУ 9о Сток полевого транзистора 10 выход.источника 1 тока.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

При подаче напр жеьш  питани  на клеммь( +Е и -Е f, на потенциальных .

выводах датчика 2 устанавливаетс  напр жение, равное

J+Enl + 1-Enl R3 RT+R2+R3

U(0

R(0), (1)

где R1,R2,R3,R4 - сопротивлени  потенциометра 6, образцовых резисторов 7 и 8 и резис-- тора 11;

К(б) сопротивление датчика 2 при температуре в „

С учетом относительного положени  движка (/ потенциометра 6 напр жение Ug на сигнальных входах АЦП 5

J5

20 определ етс  выражением

и(0) M - J-±Iiei3J

RI+R2+R3

R1 -о/.

(2)

Напр жение на выводах переменного резистора 3 UQ и, соответственно, - на входах опорного напр жени  АЦП 5, определ етс  величиной тока, питающего датчик 2, умноженной на величину сопротивлени  переменного резистора Зо Выразив величину тока через напр жени шин питани  и сопротивлени  резисторов и потенциометра, можно записать выражение дл  опорного напр жени  U,, АЦП 5 .в следующем виде:

Uoa

+l-Enl R3 RT+R2 iR3

R5, (3)

где R5 - сопротивление переменного резистора 3 при определенном положении его Движка, АЦП 5, в качества которого может, быть применен любой АЦП двухтактного интегрировани  с дифференциальными входами или с устройствами выборки- хранени , например микросхема аналого-цифрового преобразовател  двух тактного интегрировани  типа К572ПВ2, реализует выполнение операции делени  величины напр жени  на сигнальных входах на величину напр жени , поступающего на входы опорного напр жени ,

С учетом этого дл  показаний цифрового измерител  температуры N(0) имеет место выражение

R4

ад -й-«« --Is-if

W

Предположим, что аналитическое выражение дл  градуировечной характеристики датчика определ етс  выражением

1597602°

ливают нулевые показани  АЦП 5, после чего датчик 2 помещают в кип щую воду и.перемещением движка переменного резистора 3 устанавливаютс  показа- I ПИЯ 100,0°С„

R(e)

где RO RO (I+/JQ),

(5)

сопротивление термопреобразовател  при 6 0°С; /Ь - температурный коэффициенте Подставив (5) в (А), можно записать функцию преобразовани  цифрового- измерител  температуры в следующем виде:

N(6) /ь ||--9- R , R4 Rl

R5

Пусть величины сопротивлении резисторов R1,R3,R4,R(, удовлетвор ют условию

( 6) примет вид; (7)

Анализ функции преобразовани  (7) и функции преобразовани  известного измерител  показывает, что погрешность измерени  предложенного измерител  определ етс  в основном, разбросом температурных козффициентов сопротивлени  примененных резисторов и . составл ет в варианте с медным термометром сопротивлений, операционным усилителем 153УД5, АЦП 572ПВ2 и резисторами С2-29В около 0,1 С,

Дл  того, чтобы известный измеритель имел подобные точностные параметры , необходимо использовать сложные терМОстабильные схемы источника тока и источника напр жени , цепи питани  которых должны быть гальванически разв занными от источника питани  ,

Предложенна  схема позвол ет осу- тцествл ть компенсацию технологического разброса аддитивной и мультипликативной составл гацих градуировоч ной характеристики дл  конкретно примененного датчика. Дл  этого датчик температуры помещают в двухфазную систему вода - лед и путем перемеще- ни  движка потенциометра 6 устанав

(5)

Формул а

зобретени 

е оо/ .

6)

т

;

10

15

20

7) о риоп . и

ижа нитау- оч- рик ; е-

25

30

35

40

45

50

55

Claims (1)

1, Цифровой измеритель температуры , содержащий аналого-цифровой преобразователь , источник тока, выход которого подключен к первому токог вому выводу термометра сопротивлени , второй токовый вывод котброго соединен с первым выводом переменного резистора, последовательно соединенные первый образцовый резистор и потенциометр, первый крайний вывод которого под1шючен к шине питани , а точка соединени  второго крайнего вывода потенциометра и первого вывода первого образцового резистора соединена с одним сигнальным входом аналого-цифрового преобразовател , другой сигнальный вход которого подключен к первому потенциальному выводу термометра сопротивлени , отличающийс  тем, что, с целью повьпиени  точности измерени  температуры, в него введены второй образцовый резистор, включенный между второй шиной питани  и вторым выводом первого образцового резистора, и операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом переменного резистора, неинвертирующий вход операционного-усилител  соединен с движком потенциометра, а его инвертирующий вход - с вторым потенциальным выводом термометра сопротивлени , к управл гацим входам источника тока, выполненного регулируемым подключен второй образцовый резистор, а входы опорного напр жени  аналого- цифрового преобразовател  соединены с выводами переменного резистора.

2„ Измеритель по п,1, о т л и- чающий с  тем, что источник тока выполнен по схеме преобразовател  напр жение-ток на втором операционном усилителе,посто нном резисторе и полевом транзисторе, затвор которого соединен с-выходом второго операционного усилител , неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом второго образцового резистора, второй вывод которого соединен че-

15976028

рез посто нный резистор с инверти-зистора, сток которого соединен с

° ° ° -ерационногопервым токовым выводом .ра

усилител  и истоком полевого трак-сопротивлени .