Преобразователь разности температур в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для построения прецизионных дифференциальных термометров. С целью повышения точности преобразования разности температур в напряжение в преобразователь , содержащий два терморезистора, источник тока и два операционных усилителя, дополнительно введены дешифратор , генератор импульсов, образцовый резистор, три ключа и соответствующие связи, которые исключают погрешность, обусловленную неидеальностью операционных усилителей , а также обеспечивают возможность коррекции погрешности, обусловленной нестабильностью источника тока. 1 ил.

21 4 А3

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (1) С 01 К 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетенин и отнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4794327/10 (22) 21.02,90 (46) 07, 05,92, Бюл . Р 1/ (71) Ленинградский политехнический институт им, H,È,Êàëèíèíà (72) В.С,Гутников, А.В.Клементьев, Д.А,Иванов и М,Я,Кубланов (53) 536 53 1 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Г 1352248, кл, G 01 К 7/16, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для построения прецизионных дифференциИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионных измерений разности температур.

Известны измерительные преобразователи разности температур в напряжение, в которых в качестве первичных преобразователей температур используются терморезисторы, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления, источник тока, два операционных усилителя и масштабирующий. усилитель.

Недостатком устройства является низкая точность.

Цель изобретения - повышение точности преобразования разности температур в напряжение, 2 альных термометров. С целью повышения точности преобразования разности температур в напряжение в преобразователь, содержащий два терморезистора, источник тока и два операционных усилителя, дополнительно введены дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, три ключа и соответствующие связи, которые исключают погрешность, обусловленную неидеальностью операционных усилителей, а также обеспечивают возможность коррекции погрешности, обусловленной нестабильностью источника тока.. 1 ил.

Поставленная цель достигается тем, .что в преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы, первый операционный усилитель, выход которого соединен с первым выводам 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 выводом второго терморезистора, введены дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, первый, второй и третий ключи, информационные вхо,дыкоторых объединены между собой

1732184 ляется логическим сигналом, поступающим на управляющий вход 12 преобразователя, 5

Если на управляющий вход 12 преобразователя подается сигнал "0", преобразователь работает в режиме преобразования разности сопротивлений термореэисторов 7 и 9 в напряжение, В этом режиме в первом такте преобразования на нулевом выходе 13 дешифратора 2 вырабатывается логический сигнал "1", а на первом 14 и втором 15 выходах дешифратора - сигналы "0", в результате чего первый ключ

4, управляющий вход которого подключен к нулевому выходу дешифратора 2, находится в замкнутом состоянии, а второй 5 и третий б ключи, управ2О ляющие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам дешифратора 2, находятся в разомкнутом состоянии.

Выходной ток Хв источника 3 тока, протекая через замкнутый ключ 4 и первый терморезистор 7, создает на терморезисторе 7 падение напряжения, определяемое выражением

Преобразователь имеет два режима работы, в каждом из которых с помощью 45 генератора 1 импульсов и дешифратора 2 реализуется двухтактный алгоритм управления ключами 4 - б. . Генератор 1 импульсов, работающий в автоколебательном режиме, выраба- 50 тывает прямоугольные импульсы, длительность которых равна половине периода, а амплитуда соответствует уровню логического сигнала "1", Выход генератора 1 соединен с входом младшего разряда дешифратора. 2, преобразующего двоичный код в позиционный. Значение старшего разряда

1 входного кода дешифратора 2 опредеи подключены к первому выводу источника тока, второй вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, вход старшего разряда дешифратора подключен к управляющему входу преобразователя, а нулевой, первый и второй выходы соединены соответственно с управляющими входами первого., второго и третьего ключей, выход генератора импульсов соединен с входом младшего разряда дешифрвтора, первый вывод образцового ре" зистора обьединен с выходом третьего ключа и подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а второй вывод - с общей шиной преобразователя, причем выход первого ключа соединен с третьим выводом первого терморезистора, четвертый вывод которого соединен с выходом преобразователя, а выход второго ключа соединен с четвертым выводом второго терморезистора.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, дешифратор 2, источник 3 тока, первый 4, второй 5 и третий 6 ключи, первый терморезистор

7, первый операционный усилитель 8, второй терморезистор 9, второй опе.рационный усилитель 10, образцовый резистор -11, управляющий вход 12 преобразователя, нулевой 13, первый

14 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 24 преобразователя и выход 25 преобразователя.!!а = т К, ЗО где Б и U 7 — потенциалы соответственно четвертого 19 и второго 17 выводов .первого терморезистора 7,"

35 R < - сопротивление первого термореэистора 7.

С помощью первого 8 и второго 10 операционных усилителей потенциал

U-т второго вывода 17 терморезистора

4О 7 поддерживается равным

U = Е „+ I К2 + Е2 + > Ко (2) где Š— напряжение смещения первого операционного усилителя 8,"

I! - входной ток неинвертирующего

Bxopà операционного усилителя 8;

Е < - напряжение смещения второго операционного усилителя 10, I< - входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилителя 10, К вЂ” сопротивление образцового резистора 11, К - сопротивление второго тер2 морезистора 9.

Напряжение U 1 на выходе 25 преобразователя в первом такте, равное .

5 1 потенциалу четвертого вывода 19 первого терморезистора, определяется выражением

U(1) = IzR<+ Е, + I»Rz+Ez+IzRo. (3) Во втором такте преобразования вырабатывается логический сигнал "1" на первом выходе 14 дешифратора 2, а на нулевом 13 и втором 15 выходах дешифратора 2 вырабатываются логические сигналы "0", в результате чего ключ 5 переходит в замкнутое состояние, ключ 4 - в разомкнутое состояние, а ключ 6 остается в разомкнутом состоянии, При этом ток I, создаваемый источником 3 тока, протекает через замкнутый ключ 5 и второй термореэистор 9. Кроме того, через терморезистор 9 протекает входной ток I» неинвертирующего входа первого операционного усилителя 8, Результирующий ток (I +I<) создает на терморезисторе 9 падение напряжения, определяемое выражением

11 о Uzz = (Io + Q ) R2 (4) где UZ u Uz - потенциалы соответственно первого 20 и третьего 22 выводов термореэистора 9.

Второй операционный усилитель 10 поддерживает потенциал третьего вывода 22 терморезистора 9 равным

Ug = Е + I Rp, (5)

Первый операционный усилитель 8 поддерживает потенциал второго вывода 17 первого терморезистора 7 равным (6) = Uzo+ E» °

Как следует из выражений (4) . (6), напряжение на выходе 25 преобразователя во втором такте преобразования определяется выражением 0 (2) — 11л I(Rz+ E»+ I Rg+ . + Е + RD. (7)

Первый и второй такты попеременно чередуются, в результате чего на выходе 25 преобразователя вырабатывается напряжение ступенчатой формы, амплитуда U переменной составляю- .

1 щей которого пропорциональна разности сопротивлений первого и второго терморезисторов и не зависит . от

732184 входных гоков и напряжений смещений операционных усилителей:

5 13») = Б 1 - Б pj

= — (z,(г, -к(, (8) В том случае, когда на управляющий вход 12 преобразователя поступает логический сигнал "1", преобразователь работает во втором режиме, в котором преобразуемой в напряжение величиной является выходной ток источника 3 тока. В этом режиме на нулевом 13 и первом 14 выходах дешифратора 2 и в первом, и во втором тактах преобразования вырабатываются логические сигналы 0", а на втором

N выходе 15 дешифратора 2 в первом такте вырабатывается логический сигнал "1", а so втором такте - сиг" нал "0", в результате чего ключи 4 и 5 постоянно находятся в раэомкну25 том состоянии, а ключ 6 в первом такте находится в замкнутом, а во втором такте - в разомкнутом состоя- нии, В первом такте выходной ток I

3g 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 усилителя 10, Результирующий ток, протекающий через образцовый резис- тор 11, создает на нем падение напряжения, определяемое выражением.

»t (Io + Izi Ro (9) .

Напряжение 0 1) на выходе преобразователяя в пер вом та кте ра в но:

U (1) = (I +Iz Ео+Ей+»Кй+Ео (10)

Во втором такте через образцовый резистор 11 протекает только входной ток неинвертирующего входа второго операционного усилителя 10 а р выходное напряжение преобразователя определяется выражением

11(2) = IZ Ко+ Е + I » Rz + E». (11)

Вследствие чередования первого и второго тактов на выходе 25 преобразователя формируется ступенчатое напряжение, амплитуда переменной сос,та вляющей которого пропорциональна выходному току источника тока: формула изобретения

Составитель,0. Иванов

Реда ктор В, Петраш Техред А. Кравчук Корректор А, Обручар

Заказ 1575 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"-, г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Преобразователь разности температур в напряжение, содержащий источник тока, первый и второй терморезисторы, первый операционный усилитель, вь}ход которого соединен с первым выводом 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 и инвертирующий вход - с третьим выводом второго терморезистора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дешифратор, генератор импульсов, образцовый резистор, первый, 32184 8 второй и третий ключи, информационные входы которых объединены между собой и подключены к первому выводу источника тока, второй вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, вход старшего разряда дешифратора подключен к управляющему входу преобразователя, а нулевой, 1О первый и второй выходы соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей, выход генератора импульсов соединен с входом младшего разряда дешифрато1 ра, первый вывод образцового резис» тора объединен с выходом третьего ключа и подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а второй вывод - с общей ши ной преобразователя, причем выход первого ключа соединен с третьими выводом. первого терморезистора, четвертый вывод которого соединен с выходом преобразователя, а выход вто 5 рого ключа соединен четвертым выводом второго терморезистора.