SU1732184A1 - Преобразователь разности температур в напр жение - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  построени  прецизионных дифференциальных термометров. С целью повышени  точности преобразовани  разности температур в напр жение в преобразователь , содержащий два терморезистора, источник тока и два операционных усилител , дополнительно введены дешифратор , генератор импульсов, образцовый резистор, три ключа и соответствующие св зи, которые исключают погрешность, обусловленную неидеальностью операционных усилителей , а также обеспечивают возможность коррекции погрешности, обусловленной нестабильностью источника тока. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  прецизионных измерений разности температур.

Известны измерительные преобразователи разности температур в напр жение , в которых в качестве первичных преобразователей температур используютс  терморезисторы.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  разности температур, содержащее два термопреобразовател  сопротивлени , источник тока, два операционных усилител  и масштабирующий, усилитель.

Недостатком устройства  вл етс  низка  точность.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  разности температур в напр жение.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь разности температур в напр жение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы , первый операционный усилитель , выход которого соединен с первым выведем первого терморезистора , инвертирующий вход соединен с вторым выводом первого терморезистора , а неинвертирующий вход соединен с первым выводом второго терморезистора , и второй операционный усилитель , выход которого соединен с вторым выводом второго терморезистора, а инвертирующий вход - с третьим вы-v водом второго терморезистора, введе- рны дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, первый, второй и третий ключи, информационные вхо- ,аы которых объединены между собой

и подключены к первому выводу источника тока, второй вывод которого соединен с общей шиной преобразовател , вход старшего разр да дешифратора подключен к управл ющему входу преобразовател , а нулевой, первый и второй выходы соединены соответственно с управл ющими входами первого, второго и третьего ключей, выход генератора импульсов соединен с входом младшего разр да дешифратора , первый вывод образцового резистора объединен с выходом третьего ключа и подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилител , а второй вывод - с общей шиной преобразовател , причем выход первого ключа соединен с третьим выводом первого терморезистора, четвертый вывод которого соединен с выходом преобразовател , а выход второго ключа соединен с четвертым выводом второго терморезистора.

На чертеже представлена функциональна  схема преобразовател .

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, дешифратор 2, источник 3 тока, первый k, второй 5 и третий 6 ключи, первый терморезистор 7, первый операционный усилитель 8, второй терморезистор 9, второй операционный усилитель 10, образцовый резистор 11, управл ющий вход 12 преобразовател , нулевой 13, первый И и второй 15 выходы дешифратора, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 выводы первого терморезистора , первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 выводы второго терморезистора, общую шину 2k преобразовател  и выход 25 преобразовател .

Преобразователь имеет два режима работы, в каждом из которых с помощью генератора 1 импульсов и дешифратора 2 реализуетс  двухтактный алгоритм управлени  ключами k - 6.

Генератор 1 импульсов, работающий в автоколебательном режиме, выраба- тывает пр моугольные импульсы, длительность которых равна половине периода, а амплитуда соответствует уровню логического сигнала 1. Выход генератора 1 соединен с входом младшего разр да дешифратора 2, преобразующего двоичный код в позиционный . Значение старшего разр да / входного кода дешифратора 2 определ етс  логическим сигналом, поступающим на управл ющий вход 12 преобразовател  ,

Если на управл ющий вход 12 преобразовател  подаетс  сигнал О, преобразователь работает в режиме преобразовани  разности сопротивлений терморезисторов 7 и 9 в напр жение , В этом режиме в первом такте преобразовани  на нулевом выходе 13 дешифратора 2 вырабатываетс  логический сигнал 1, а на первом 1 и втором 15 выходах дешифратора - сигна5 лы О, в результате чего первый ключ , управл ющий вход которого подключен к нулевому выходу дешифратора 2, находитс  в замкнутом состо нии, а второй 5 и третий 6 ключи, управл ющие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам дешифратора 2, наход тс  в разомкнутом состо нии.

Выходной ток 10 источника 3 тока,

5 протека  через замкнутый ключ k и первый терморезистор 7, создает на терморезисторе 7 падение напр жени , определ емое выражением

Ч«

- U17 I0R,

(1)

где U о и и - потенциалы соответственно четвертого 19 и второго 17 выводов первого терморезис- , тора 7,

1Ц - сопротивление первого терморезистора 7. С помощью первого 8 и второго 10 операционных усилителей потенциал U fi второго вывода 17 терморезистора 7 поддерживаетс  равным

и Е + I Ru + E2 + IZR0, (2)

где Е - напр жение смещени  первого операционного усилител  8j

11 - входной ток неинвертирующего входа операционного усилител  8;

Ел - напр жение смещени  второго операционного усилител  10, - входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилител  10, R6 - сопротивление образцового резистора 11{

R- - сопротивление второго терморезистора 9.

Напр жение U Q1J на выходе 25 преобразовател  в первом такте, равное

потенциалу четвертого вывода 19 первого терморезистора, определ етс  выражением

T0R(+E,+ I,R4 + EZ+TZR0

(3) Во втором такте преобразовани  вырабатываетс  логический сигнал 1 на первом выходе И дешифратора 2, a на нулевом 13 и втором 15 выходах дешифратора 2 вырабатываютс  логические сигналы О, в результате чег ключ 5 переходит в замкнутое состо ние , ключ k - в разомкнутое сое- то ние, а ключ 6 остаетс  в разомкнутом состо нии. При этом ток 1в, создаваемый источником 3 тока, протекает через замкнутый клюй 5 и второй терморезистор 9. Кроме того, через терморезистор 9 протекает входной ток 1ц неинвертирующего входа первого операционного усилител  8,

Результирующий ток (IQ+I,) создает на терморезисторе 9 падение напр жени , определ емое выражением

U

2о

игг (Io h

где и и2г - потенциалы соответственно первого 20 и третьего 22 выводов терморезистора 9

Второй операционный усилитель 10 поддерживает потенциал третьего вы- вода 22 терморезистора 9 равным

U22 EZ -ь ,(5)

Первый операционный усилитель 8 поддерживает потенциал второго вы- вода 17 первого терморезистора 7 ра вным

иго + Е, .(6)

Как следует из выражений (k) - (6), напр жение на выходе 25 преобразовател  во втором такте преобразовани  определ етс  выражением

U 2 - I0Rz + E,-HtR4 +

+ Е + .(7)

Первый и второй такты попеременно чередуютс , в результате чего на выходе 25 преобразовател  вырабатываетс  напр жение ступенчатой формы, амплитуда U переменной составл ющей которого пропорциональна разности сопротивлений первого и второго терморезисторов и не зависит от

входных гоков и напр жений смещений операционных усилителей:

«a luDJ-u 2 |

2 |Рм-кг

(8)

JQ о jj 20

25

30 .

jc

40

§

50

ej

В том случае, когда на управл ющий вход 12 преобразовател  поступает логический сигнал 1, преобразователь работает во втором режиме, в котором преобразуемой в напр жение величиной  вл етс  выходной ток источника 3 тока. В этом режиме на нулевом 13 и первом 1 выходах дешифратора 2 и в первом, и во втором тактах преобразовани  вырабатываютс  логические сигналы О, а на втором выходе 15 дешифратора 2 в первом такте вырабатываетс  логический сигнал 1, а во втором такте - сигнал О, в результа е чего ключи Ь и 5 посто нно наход тс  в разомкнутом состо нии, а ключ 6 в первом такте находитс  в замкнутом, а во втором такте - в разомкнутом состо - 1

НИИ ,

В первом такте выходной ток IQ источника 3 тока протекает по цепи, образованной замкнутым ключом 6 и образцовым резистором 11. Кроме того , через образцовый резистор 11 протекает входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилител  10, Результирующий ток, протекающий через образцовый резистор 11, создает на нем падение напр жени , определ емое выражением.

и„ (10 + 1г) R0. (9).

Напр жение на выходе преобразовател  в первом такте равно:

(le-Ht)R0+Et+I,R2+E0. (Ю)

I

Во втором такте через образцовый резистор 11 протекает только входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилител  10, а выходное напр жение преобразовател  определ етс  выражением

« I2R0+E2+ . (11)

Вследствие чередовани  первого и второго тактов на выходе 25 преобразовател  формируетс  ступенчатое (напр жение, амплитуда переменной составл ющей которого пропорциональна выходному току источника тока:

ОН

12

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Преобразователь разности температур в·напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы, первый операционный усилитель, выход которого соединен с первым выводом первого терморезистора, инвертирующий вход соединен с вторым выводом первого терморезисторв, а неинвертирующий вход соединен с первым выводом второго терморезистора, и второй операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом второго терморезистора и инвертирующий вход - с третьим выводом второго терморезистора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него . введены дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, первый, второй и третий ключи, информационные входы которых объединены между собой и подключены к первому выводу источника тока, второй вывод ко$ торого соединен с общей шиной преобразователя, вход старшего разряда дешифратора подключен к управляющему входу преобразователя, а нулевой, 10 первый и второй выходы соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход генератора импульсов соединен с входом младшего разряда дешифратои ра, первый вывод образцового резистора объединен с выходом третьего ключа и подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а второй вывод - с общей ши20 ной преобразователя, причем выход первого ключа соединен с третьими выводом первого терморезистора, четвертый вывод которого соединен с’ выходом преобразователя, а выход вто 25 Рого ключа соединен четвертым выводом второго терморезистора.